NO337017B1 - System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling - Google Patents

System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling Download PDF

Info

Publication number
NO337017B1
NO337017B1 NO20051307A NO20051307A NO337017B1 NO 337017 B1 NO337017 B1 NO 337017B1 NO 20051307 A NO20051307 A NO 20051307A NO 20051307 A NO20051307 A NO 20051307A NO 337017 B1 NO337017 B1 NO 337017B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
gain
detector
gamma ray
spectrum
gamma
Prior art date
Application number
NO20051307A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO20051307L (en
NO20051307D0 (en
Inventor
Medhat W Mickael
Dale Allen Jones
Donald A Phelps
John E Wright
Original Assignee
Weatherford Canada Partnership
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weatherford Canada Partnership filed Critical Weatherford Canada Partnership
Publication of NO20051307D0 publication Critical patent/NO20051307D0/en
Publication of NO20051307L publication Critical patent/NO20051307L/en
Publication of NO337017B1 publication Critical patent/NO337017B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/06Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging for detecting naturally radioactive minerals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/12Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using gamma or X-ray sources
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/12Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using gamma or X-ray sources
    • G01V5/125Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using gamma or X-ray sources and detecting the secondary gamma- or X-rays in different places along the bore hole

Description

Denne oppfinnelsen er rettet mot målingen av gammastråling fra jordformasjon som er gjennomtrengt av et brønnborehull. Mer spesielt er oppfinnelsen rettet mot bestemmelsen av konsentrasjoner av naturlig forekommende radioaktive elementer i jordformasjon ved analyse av energjspektre målt av minst en gammastråledetektor mens borehullet blir boret. This invention is directed to the measurement of gamma radiation from an earth formation penetrated by a well borehole. More particularly, the invention is directed to the determination of concentrations of naturally occurring radioactive elements in soil formation by analysis of energy spectra measured by at least one gamma ray detector while the borehole is being drilled.

Målingen av naturlig forekommende gammastråling som en funksjon av dybde inne i et brønnborehull er grunnlaget for et av de tidligste geofysiske borehullundersøkelses-system. Denne type system, vanligvis referert til som et naturlig gammastråleloggingssystem, omfatter typisk minst en gammastråledetektor som er huset i et nede-i-hulls-verktøy som blir ført langs borehullet. The measurement of naturally occurring gamma radiation as a function of depth inside a wellbore is the basis for one of the earliest geophysical borehole survey systems. This type of system, commonly referred to as a natural gamma ray logging system, typically includes at least one gamma ray detector housed in a downhole tool that is guided along the borehole.

En type naturlig gammastråleloggingssystem omfatter et loggeverktøy som reagerer på total gammastråling utsendt av jordformasjonen, og verktøyet blir ført langs borehullet ved hjelp av en vireline. Dette "totale" naturlig gammastrålevirelineloggesystemet var den første typen gammastrålemåling som ble brukt ved geofysisk borehullundersøkelse. Siden de fleste skifere er relativt rike på naturlig forekommende radioaktive elementer, blir disse logger primært brukt til å tegne skifer fra andre formasjoner, eller brukt til å måle skiferinnholdet til formasjoner. Dette virelineloggesystemet blir brukt bare etter at borehullet har blitt boret. One type of natural gamma ray logging system includes a logging tool that responds to total gamma radiation emitted by the earth formation, and the tool is guided along the borehole using a wireline. This "total" natural gamma ray vireline logging system was the first type of gamma ray measurement used in geophysical borehole surveying. Since most shale is relatively rich in naturally occurring radioactive elements, these logs are primarily used to draw shale from other formations, or used to measure the shale content of formations. This wireline logging system is used only after the borehole has been drilled.

Det er ofte fordelaktig å måle total naturlig gammastråling mens borehullet blir boret. Dette blir besørget ved å føre verktøyet langs borehullet ved hjelp av en borestreng. Denne type system blir vanligvis referert til som et total naturlig gammastrålelogging under boring (LWD) system. It is often advantageous to measure total natural gamma radiation while the borehole is being drilled. This is provided by guiding the tool along the borehole using a drill string. This type of system is usually referred to as a total natural gamma ray logging while drilling (LWD) system.

Nok en annen type naturlig gammastråleloggesystem omfatter et loggeverktøy som måler et spektrum av gammastråling utsendt av jordformasjonen. Spekteret er definert et mål på intensitet av stråling som funksjon av strålingsenergi. Denne type loggesystem blir vanligvis referert til som et spektralt gammastråleloggingssystem. Spektrale gammastråleloggingsverktøy blir typisk ført langs borehullet ved hjelp av en vireline. Lav tellingshastighet og detektorstabilisering er hovedproblemet i et hvilket som helst type naturlige spektrale LWD systemer. Yet another type of natural gamma ray logging system includes a logging tool that measures a spectrum of gamma radiation emitted by the earth formation. The spectrum is defined as a measure of the intensity of radiation as a function of radiation energy. This type of logging system is usually referred to as a spectral gamma ray logging system. Spectral gamma ray logging tools are typically guided along the borehole using a wireline. Low count rate and detector stabilization are the main problem in any type of natural spectral LWD systems.

Mest naturlig forekommende gammastråling som finnes i jordformasjoner blir utsendt av kalium (K) og elementer innenfor nedbrytingskjedene av uran (U) og thorium (Th). Energi til naturlig forekommende gammastråling som kan måles i en borehullomgivelse strekker seg typisk i et område på omtrent 0,1 til mindre enn 3,0 million elektronvolt (MeV) . Elementene K, U og Th sender ut gammastråling ved forskjellige karakteristiske energier. Strålingskomponenter fra K, U og Th som bidrar til den totale målte gammastrålingen kan derfor bli tilveiebrakt ved å identifisere disse karakteristiske energier ved bruk av spektralt gammastråleloggingssystem. Ved hjelp av systemkali-brering og modellering kan disse komponenter derpå bli relatert til korresponderende elementkonsentrasjoner av disse elementer i formasjonen. Elementkonsentrasjoner av K, U og Th kan bli brukt til å bestemme parametere i tillegg til skiferinnhold tilveiebrakt fra totale naturlige gammastrålelogger. Disse ytterligere parametere innbefatter, men er ikke begrenset til, leiretype, litologiidentifikasjon, frakturdetektering og radioaktiv sporplassering. Most naturally occurring gamma radiation found in earth formations is emitted by potassium (K) and elements within the decay chains of uranium (U) and thorium (Th). Energy of naturally occurring gamma radiation that can be measured in a borehole environment typically ranges from about 0.1 to less than 3.0 million electron volts (MeV). The elements K, U and Th emit gamma radiation at different characteristic energies. Radiation components from K, U and Th that contribute to the total measured gamma radiation can therefore be provided by identifying these characteristic energies using a spectral gamma ray logging system. By means of system calibration and modelling, these components can then be related to corresponding element concentrations of these elements in the formation. Elemental concentrations of K, U and Th can be used to determine parameters in addition to shale content obtained from total natural gamma-ray logs. These additional parameters include, but are not limited to, clay type, lithology identification, fracture detection, and radioactive tracer location.

Som i alle kjernefysiske loggesystemer, blir statistisk presisjon av en måling maksimalisert når tellehastigheten til strålingsdetektoren som benyttes for å tilveiebringe målingen er maksimalisert. Naturlig opptredende gammastråling er typisk mindre intens enn gammastråling indusert i formasjonsmaterialer av strålingskilder inne i et loggeverktøy. Det er derfor viktig å designe naturlig gammastråleverktøy for maksimalt målt gammastrålingstellehastighet. As in all nuclear logging systems, statistical precision of a measurement is maximized when the counting rate of the radiation detector used to provide the measurement is maximized. Naturally occurring gamma radiation is typically less intense than gamma radiation induced in formation materials by radiation sources inside a logging tool. It is therefore important to design natural gamma ray tools for maximum measured gamma ray count rate.

Målt tellehastighet kan bli optimalisert ved å designe verktøyhus (både total gammastråle og spektral gammastråle) slik at gammastrålingsdemping inne i huset blir minimalisert. Det nedre energiområdet til det målte spekteret er spesielt viktig i spektrale gammastråleloggesystemer. Vireline spektral gammastråleloggeverktøy bruker ofte et verktøyhus fremstilt med materiale med relativt lavt atomnummer, snarere enn tyngere (og sterkere) materialer slik som stål. Disse såkalte "lav Z" verktøykassene minimaliserer gammastråledemping, spesielt ved den nedre enden av energi spekteret, og maksimaliserer derved målt tellehastighet for en gitt strålingsintensitet og detektor-størrelse. Lav Z materialer tilfredsstiller ofte ikke strukturelle krav til LWD systemer. Measured count rate can be optimized by designing the tool housing (both total gamma ray and spectral gamma ray) so that gamma radiation attenuation inside the housing is minimized. The lower energy range of the measured spectrum is particularly important in spectral gamma-ray logging systems. Vireline spectral gamma ray logging tools often use a tool housing made of relatively low atomic number material, rather than heavier (and stronger) materials such as steel. These so-called "low Z" toolboxes minimize gamma-ray attenuation, especially at the lower end of the energy spectrum, thereby maximizing the measured count rate for a given radiation intensity and detector size. Low Z materials often do not satisfy structural requirements for LWD systems.

Måle tellingshastigheter kan videre bli maksimalisert ved verktøydetektordesign. På grunn av de relativt høye energiene til den karakteristiske K, U og Th gammastrålingen, er det fordelaktig at gammastråledetektoren av en gitt type er dimensjonert så stor som praktisk mulig for å reagere med, og derved respondere på, disse strålinger. Typisk kan større detektorer bli anordnet i virelineverktøy med mindre dempingsmateriale mellom detektoren og formasjonen. LWD systemer anvender et relativt tykt verktøyhus, hvilket typisk har et vektrør med en borefluidstrømningsleder som passerer gjennom vektrøret. Publikasjonen US4698501A omhandler logging av borehull i undergrunnen for å bestemme formasjonstettheten ved å anvende gammastråling, med anvendelse av en Compton-spredeområde-prosess. Measure count rates can further be maximized by tool detector design. Due to the relatively high energies of the characteristic K, U and Th gamma radiation, it is advantageous for the gamma ray detector of a given type to be sized as large as practicable to react with, and thereby respond to, these radiations. Typically, larger detectors can be arranged in wireline tools with less damping material between the detector and the formation. LWD systems use a relatively thick tool housing, which typically has a collar with a drilling fluid flow guide passing through the collar. Publication US4698501A relates to the logging of boreholes in the subsurface to determine the formation density using gamma radiation, using a Compton scattering area process.

Publikasjonen US5120955A omhandler logging av borehull, omfattende korrigering Publication US5120955A deals with borehole logging, comprehensive correction

av naturlige gammastrålemålinger for borehullfluideffekter ved å beregne en borehullskorreksjonsfaktor og anvendelse av korreksjonsfaktoren på den beregnede elementandelen. of natural gamma ray measurements for borehole fluid effects by calculating a borehole correction factor and applying the correction factor to the calculated element proportion.

En gammastråledetektor som omfatter en scintillasjonskrystall og en samvirkende lysavfølingsanordning, slik som et fotomultiplikatorrør, gjr typisk den høyeste spektrale gammastråledetektoreffektiviteten for et gitt detektorvolum. Gammastråledetektorer gjennomgår signifikante temperaturendringer under en loggeoperasjon. Forsterkingen til et fotomultiplikatorrør endrer seg med temperaturen og i en mindre grad endrer tellehastigheten seg. Forsterkningsendringer, ofte referert til som forsterknings-"forskyvninger", påvirker gammastrålespektralanalyse på negativ måte. Det er typisk at en 100 graders Celsius (°C) endring i temperaturen forårsaker 100% endring i forsterkning. Temperaturvariasjoner av denne størrelsesorden er ikke uvanlig ved vireline eller LWD loggeoperasjoner. Det er derfor nødvendig å kompensere for detektorforsterknings-endringer for å kunne tilveiebringe nøyaktige og presise spektrale gammastrålemålinger. Denne kompensasjon er spesielt vanskelig å oppnå i LWD systemer. Som et eksempel, kan signifikante forsterkningsendringer opptre over et relativt kort tidsintervall. Data-hastighetene til tilgjengelige LWD telemetrisystemer mellom nede-i-hulls-verktøyet og overflateutstyr er typisk for lav for effektivt å overvåke og korrigere for hurtig forekommende forsterkningsforskyvninger. Automatisk nede-i-hulls-forsterkningskontroll er derfor høyst ønskelig i LWD systemer. A gamma ray detector comprising a scintillation crystal and a cooperating light sensing device, such as a photomultiplier tube, typically provides the highest spectral gamma ray detector efficiency for a given detector volume. Gamma ray detectors undergo significant temperature changes during a logging operation. The gain of a photomultiplier tube changes with temperature and to a lesser extent the count rate changes. Gain changes, often referred to as gain "shifts", adversely affect gamma-ray spectral analysis. It is typical that a 100 degree Celsius (°C) change in temperature causes a 100% change in gain. Temperature variations of this magnitude are not unusual in wireline or LWD logging operations. It is therefore necessary to compensate for detector gain changes in order to provide accurate and precise spectral gamma ray measurements. This compensation is particularly difficult to achieve in LWD systems. As an example, significant gain changes can occur over a relatively short time interval. The data rates of available LWD telemetry systems between the downhole tool and surface equipment are typically too low to effectively monitor and correct for rapidly occurring gain shifts. Automatic down-hole gain control is therefore highly desirable in LWD systems.

Som nevnt tidligere, er naturlig forekommende gammastrålespektralmålinger typisk lavtellingshastighet. Det er derfor ønskelig å bruke så mye av det målbare gammastrålespekteret som mulig for å kunne maksimalisere statistisk presisjon. Støt og vibrasjons-effekter på lavtellingshastighetssystemer kan forstyrre spektral form, spesielt i det nedre energiområdet av det målte spekteret. Dette problem er spesielt fremherskende i LWD systemer, som er utsatt for røffe boreomgivelser. As mentioned earlier, naturally occurring gamma ray spectral measurements are typically low count rate. It is therefore desirable to use as much of the measurable gamma ray spectrum as possible in order to maximize statistical precision. Shock and vibration effects on low count rate systems can disturb the spectral shape, especially in the lower energy range of the measured spectrum. This problem is particularly prevalent in LWD systems, which are exposed to rough drilling environments.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot et spektralt gammastråleloggjng-under-boring (LWD) system. Systemet er designet for å gi elementkonsentrasjoner av naturlig forekommende radioaktivt materiale slik som K, U og Th. Det må imidlertid forstås at systemet kan benyttes for å tilveiebringe spektrale målinger av en hvilken som helst type gammastråling som erfares i en borehullomgivelse. The present invention is directed to a spectral gamma ray logging-while-boring (LWD) system. The system is designed to provide elemental concentrations of naturally occurring radioactive material such as K, U and Th. However, it must be understood that the system can be used to provide spectral measurements of any type of gamma radiation experienced in a borehole environment.

LWD nede-i-hulls-enheten eller "verktøyet" omfatter et vektrør som er festet til den nedre enden av en borestreng. En borkrone terminerer den nedre enden av verktøyet. Sensor, elektronikk og nede-i-hulls-telemetrielementer er anordnet innenfor vektrøret. Verktøyet blir ført langs et brønnborehull ved hjelp av en borestreng, som blir drevet av en roterende borerigg på jordoverflaten. Informasjon fra verktøyet blir telemetrert til overflaten via en telemetrilink og mottatt av et overflatetelemetrielement inneholdt i overflateutstyr som er operativt festet til boreriggen. Informasjon kan også bli sendt fra overflateutstyret til verktøyet via telemetrilinken. The LWD downhole assembly or "tool" comprises a weight tube attached to the lower end of a drill string. A drill bit terminates the lower end of the tool. Sensor, electronics and down-hole telemetry elements are arranged inside the collar. The tool is guided along a wellbore using a drill string, which is driven by a rotating drilling rig on the surface of the earth. Information from the tool is telemetered to the surface via a telemetry link and received by a surface telemetry element contained in surface equipment operatively attached to the drilling rig. Information can also be sent from the surface equipment to the tool via the telemetry link.

Sensorelementet omfatter en eller flere gammastråledetektorer som er anordnet så nær som praktisk mulig til omkretsen av verktøyet. Dette minimaliserer innvirkende materiale mellom den ene eller flere detektorer og kilden for gammastråling, som er jordformasjon gjennomtrengt av borehullet. Som et resultat av denne detektorgeometri, blir spektral degradering minimalisert og målt tellehastighet maksimalisert for en gitt detektorstørrelse. Detektorgeometrien tillater også en asimutmåling av spektral gammastråle i et plan hovedsakelig perpendikulært på aksen til verktøyet. Den ene eller flere gammastråledetektorene omfatter fortrinnsvis et scintillasjonskrystall som er optisk koblet til en lysfølsom anordning slik som et fotomultiplikatorrør. Detektorele-mentet blir kalibrert under kjente forhold og til en "standard" detektorforsterkning. Sensorelementet kan også inneholde et system, slik som et magnetometer, som avføler orienteringen til verktøyet inne i borehullet. The sensor element comprises one or more gamma ray detectors which are arranged as close as practical to the circumference of the tool. This minimizes interfering material between the one or more detectors and the source of gamma radiation, which is the soil formation penetrated by the borehole. As a result of this detector geometry, spectral degradation is minimized and measured count rate is maximized for a given detector size. The detector geometry also allows an azimuth measurement of spectral gamma ray in a plane essentially perpendicular to the axis of the tool. The one or more gamma ray detectors preferably comprise a scintillation crystal which is optically connected to a light-sensitive device such as a photomultiplier tube. The detector element is calibrated under known conditions and to a "standard" detector gain. The sensor element may also contain a system, such as a magnetometer, which senses the orientation of the tool inside the borehole.

Utgangssignaler fra sensorelementet blir innmatet i elektronikkelementet. Signalene blir forsterket ved bruk av passende forforsterknings- og forsterkningskretser. Forsterkede sensorsignaler blir så innmatet til en prosessor for påfølgende behandling. Høyspenning for den ene eller flere gammastråledetektorer blir tilveiebrakt av en justerbar høyspenn-ingseffektforsyning inne i elektronikkelementet. Endringer i temperatur eller, i mindre grad, endringer av målt gammastråletellehastighet resulterer i en detektorforsterknings-endring. Toppstrukturlokalisering og kontinuerlige områder av målte gammastråle-spektre blir overvåket av prosessoren. Enhver forsterkningsendring blir detektert ved bruk av forutbestemte forhold og kriterier lagret inne i prosessoren. Et forsterkningskorreksjonssignal som er representativt for størrelsen av forsterkningsendringen blir generert av prosessoren og innmatet til den justerbare høyspenningseffektforsyningen for derved å justere detektorhøy spenningen slik at forsterkningen blir gjenopprettet til standardforsterkningen. Dette forsterkningskontrollsystemet er automatisk og krever ingen påvirkning fra overflaten. Output signals from the sensor element are fed into the electronics element. The signals are amplified using suitable pre-amplification and amplification circuits. Amplified sensor signals are then fed to a processor for subsequent processing. High voltage for the one or more gamma ray detectors is provided by an adjustable high voltage power supply inside the electronics element. Changes in temperature or, to a lesser extent, changes in measured gamma ray count rate result in a detector gain change. Peak structure localization and continuous regions of measured gamma-ray spectra are monitored by the processor. Any gain change is detected using predetermined conditions and criteria stored within the processor. A gain correction signal representative of the magnitude of the gain change is generated by the processor and fed to the adjustable high voltage power supply to thereby adjust the detector high voltage so that the gain is restored to the standard gain. This gain control system is automatic and requires no input from the surface.

Med detektorforsterkningen stabilisert til standard forsterkning, blir elementkonsentrasjoner av K, U og Th bestemt i prosessoren ved bruk av forutbestemte forhold. Disse elementkonsentrasjoner kan bli innmatet til nede-i-hulls-telemetrielementet og telemetrert til overflaten. Alternativt kan forsterkningsstabiliserte spektrale data bli innmatet til nede-i-hulls-telemetri elementet og telemetrert til overflaten for påfølgende behandling. Spektrale gammastrålingsdata og elementkonsentrasjonsbestemmelser kan bli registrert av en datalagringsinnretning inne i elektronikkelementet, og derpå bli trukket ut for behandling og analysering når verktøyet er returnert til jordoverflaten. With the detector gain stabilized to standard gain, elemental concentrations of K, U and Th are determined in the processor using predetermined conditions. These element concentrations can be fed to the downhole telemetry element and telemetered to the surface. Alternatively, gain-stabilized spectral data can be fed to the down-hole telemetry element and telemetered to the surface for subsequent processing. Spectral gamma radiation data and elemental concentration determinations can be recorded by a data storage device inside the electronics element, and then extracted for processing and analysis when the tool is returned to the Earth's surface.

Elementkonsentrasjoner av K, U og Th blir bestemt som en funksjon av dybde ettersom verktøyet blir ført langs borehullet. Dersom et antall av gammastråledetektorer blir brukt, blir de forsterkningsjusterte spektrale responsene til detektorene kombinert for å tilveiebringe de ønskede elementkonsentrasjonene. Detektorresponsene blir fortrinnsvis kombinert før beregning av elementkonsentrasjoner. Elemental concentrations of K, U and Th are determined as a function of depth as the tool is advanced along the borehole. If a number of gamma ray detectors are used, the gain adjusted spectral responses of the detectors are combined to provide the desired element concentrations. The detector responses are preferably combined before calculating element concentrations.

Omkretsen til detektorgeometrien tillater også en asimut spektral gammastrålemåling og korresponderende asimutelementkonsentrasj onsbestemmeiser i et plan som i hoved-saken er perpendikulært på aksen til verktøyet. Asimutreferansen blir tilveiebrakt ved å bruke en verktøyorienteringssensitiv anordning slik som et magnetometer anordnet inne i sensoren eller elektronikkelementet. Dersom en enkelt detektor blir brukt, kan asimut-målinger bli tilveiebrakt bare når verktøyet blir rotert av borestrengen. Et mangfold detektorer gir asimutinformasjon når verktøyet roterer eller "glir" langs borehullet uten rotasjon. The perimeter of the detector geometry also allows an azimuthal spectral gamma ray measurement and corresponding azimuthal element concentration determination in a plane which is essentially perpendicular to the axis of the tool. The azimuth reference is provided by using a tool orientation sensitive device such as a magnetometer located inside the sensor or electronics element. If a single detector is used, azimuth measurements can be provided only when the tool is rotated by the drill string. A variety of detectors provide azimuth information as the tool rotates or "slides" along the borehole without rotation.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer, for justering av forsterkningen til en gammastråledetektor, et gammastråle logge-under-boringssystem kjennetegnet ved de trekk som er angitt i patentkrav 1. The present invention provides, for adjusting the gain of a gamma ray detector, a gamma ray logging-under-drilling system characterized by the features specified in patent claim 1.

Trekk ved utførelsesformer av foreliggende oppfinnelses gammastråle logge-under-boringssystem ifølge patentkrav 1 er angitt i patentkravene 2-3. Features of embodiments of the present invention's gamma-ray logging-under-drilling system according to patent claim 1 are stated in patent claims 2-3.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer, for justering av forsterkningen til en gammastråledetektor, en fremgangsmåte for å måle gammastråling under boring av et borehull, kjennetegnet ved de trekk som er angitt i patentkrav 4. The present invention provides, for adjusting the gain of a gamma ray detector, a method for measuring gamma radiation during drilling of a borehole, characterized by the features stated in patent claim 4.

Trekk ved utførelsesformer av foreliggende oppfinnelses fremgangsmåte for å måle gammastråling under boring av et borehull ifølge patentkrav 4 er angitt i patentkravene 5-6. Features of embodiments of the present invention's method for measuring gamma radiation during drilling of a borehole according to patent claim 4 are stated in patent claims 5-6.

For at måten hvorved de ovenfor angitte trekkene, fordeler og formål med den foreliggende oppfinnelsen blir tilveiebrakt og kan forstås detaljert, kan en mer bestemt beskrivelse av oppfinnelsen, som er oppsummert ovenfor, fås med henvisning til utførelsene av denne som er illustrert i de medfølgende tegningene, der: Fig. 1 illustrerer det spektrale naturlige gammastråle LWD systemet fremvist som en helhet; Fig. 2 er et funksjonsdiagram for hovedelementer og komponenter til det spektrale LWD systemet; Fig. 3 a er et tverrsnitt av et spektralt LWD verktøysensorelement som omfatter en gammastråledetektor; Fig. 3b er et sidesnitt av sensorelementet som omfatter en gammastråledetektor; Fig. 4 er et tverrsnitt av et spektralt LWD verktøysensorelement som omfatter tre gammastråledetektorer; Fig. 5 er et typisk gammastråle naturlig gammastrålespekter målt med det spektrale gammastråle LWD verktøyet; Fig. 6 viser et forhold mellom helningen til Compton-området til det målte gammastrålespekteret og temperaturen til gammastråledetektoren; Fig. 7 illustrerer forhold mellom detektorforsterkningsjusteringsfaktor som er påkrevd for å tilveiebringe standard detektorforsterkning, en nødvendig høyspenningsjustering for å tilveiebringe standard detektorforsterkning, og detektortemperatur; Fig. 8 er et mer detaljert riss av et målt gammastrålespekter og illustrerer hvordan en spektral topposisjon blir brukt for å tilveiebringe en andre ordens detektorforsterknings-justering; Fig. 9 er en grafisk illustrasjon av en fremgangsmåte for å lokalisere statistisk signifikant toppstruktur i et målt gammastrålespekter; Fig. 10 er et flytskjema som viser trinn for automatisk å kontrollere eller styre forsterkningen til en gammastråledetektor ved bruk av en målt spektral analysefremgangsmåte; Fig. 11 illustrerer grunnleggende konsepter som brukes for automatisk å kontrollere/ styre forsterkningen til en gammastråledetektor ved bruk av en detektorkildeforsterk-ningskontrollfremgangsmåte; Fig. 12 er et flytskjema som viser trinn for automatisk å kontrollere/styre forsterkningen til en gammastråledetektor ved bruk av detektorkildeforsterkningskontrollfremgangs-måten; Fig. 13 viser ytterligere maskinvarekomponenter som er nødvendige for å tilveiebringe naturlige asimut gammastrålemålinger ved bruk av LWD systemet; Fig. 14 er et eksempel på en spektral gammastråle LWD logg som viser konsentrasjoner av K, U og Th som en funksjon av dybde inne i et borehull; og Fig. 15 er et eksempel på en asimut spektral gammastråle LWD logg og viser konsentrasjon av K, U og Th som en funksjon av asimut rundt borehullet og som en funksjon av dybde inne i borehullet. In order that the manner in which the above-mentioned features, advantages and objects of the present invention are provided and can be understood in detail, a more specific description of the invention, which is summarized above, may be obtained with reference to the embodiments thereof which are illustrated in the accompanying drawings , where: Fig. 1 illustrates the spectral natural gamma ray LWD system presented as a whole; Fig. 2 is a functional diagram for main elements and components of the spectral LWD system; Fig. 3 a is a cross section of a spectral LWD tool sensor element comprising a gamma ray detector; Fig. 3b is a side section of the sensor element comprising a gamma ray detector; Fig. 4 is a cross-section of a spectral LWD tool sensor element comprising three gamma ray detectors; Fig. 5 is a typical gamma ray natural gamma ray spectrum measured with the spectral gamma ray LWD tool; Fig. 6 shows a relationship between the slope of the Compton range of the measured gamma ray spectrum and the temperature of the gamma ray detector; Fig. 7 illustrates relationships between detector gain adjustment factor required to provide standard detector gain, a required high voltage adjustment to provide standard detector gain, and detector temperature; Fig. 8 is a more detailed view of a measured gamma ray spectrum and illustrates how a spectral peak position is used to provide a second order detector gain adjustment; Fig. 9 is a graphical illustration of a method for locating statistically significant peak structure in a measured gamma ray spectrum; Fig. 10 is a flow chart showing steps for automatically controlling the gain of a gamma ray detector using a measured spectral analysis method; Fig. 11 illustrates basic concepts used to automatically control the gain of a gamma ray detector using a detector source gain control method; Fig. 12 is a flow chart showing steps for automatically controlling/controlling the gain of a gamma ray detector using the detector source gain control method; Fig. 13 shows additional hardware components necessary to provide natural azimuth gamma ray measurements using the LWD system; Fig. 14 is an example of a spectral gamma ray LWD log showing concentrations of K, U and Th as a function of depth within a borehole; and Fig. 15 is an example of an azimuth spectral gamma ray LWD log and shows concentration of K, U and Th as a function of azimuth around the borehole and as a function of depth inside the borehole.

Detaljer ved de foretrukne utførelser av LWD spektral gammastrål el oggesystemet er presentert i avsnitt. Systemmaskinvare er først beskrevet. Dette blir fulgt av beskrivelse av metodologi som benyttes for å overvåke målte gammastrålespekter, og for å stabilisere forsterkningen til disse spektre ettersom borehulltemperatur varierer. To for-sterkningsstabiliseringsfremgangsmåter er beskrevet. Med begge blir stabilisering besørget i sann tid og uten operatørinnvirkning. Når forsterkningsstabilisering har blitt oppnådd, er fremgangsmåten for å bestemme elementkonsentrasjoner av naturlig forekommende K, U og Th beskrevet. Sluttlig blir måling av total og asimutkonsentra-sjoner av K, U og Th beskrevet, og "logg"-presentasjoner av disse målinger er illustrert. Oppfinnelsen er rettet mot målingen av gammastråling som forekommer naturlig i jordformasjon. Det må imidlertid forstås at de grunnleggende konseptene til oppfinnelsen kan anvendes på kvantitative målinger av en hvilken som helst type av gammastråling hvori en eller flere gammastråledetektorer blir utsatt for forsterkningsforskyvninger. Details of the preferred implementations of the LWD spectral gamma ray el ogge system are presented in section. System hardware is described first. This is followed by a description of the methodology used to monitor measured gamma ray spectra, and to stabilize the amplification of these spectra as the borehole temperature varies. Two gain stabilization methods are described. With both, stabilization is provided in real time and without operator influence. Once gain stabilization has been achieved, the procedure for determining elemental concentrations of naturally occurring K, U and Th is described. Finally, measurement of total and azimuth concentrations of K, U and Th is described, and "log" presentations of these measurements are illustrated. The invention is directed to the measurement of gamma radiation that occurs naturally in soil formation. However, it must be understood that the basic concepts of the invention can be applied to quantitative measurements of any type of gamma radiation in which one or more gamma ray detectors are exposed to gain shifts.

MASKINVARE HARDWARE

Fig. 1 illustrerer LWD systemet 15 fremvist som en helhet. En nede-i-hulls-enhet eller "verktøy" omfatter et vektrør 10 som er festet til den nedre enden av en borestreng 18. En borkrone 11 terminerer den nedre enden av vektrøret 10. Inne i vektrøret 10 er det anordnet et sensorelement 12, et elektronikkelement 15 og en nede-i-hulls-telemetri 16. Verktøyet blir ført langs et brønnborehull 20, definert av borehull vegger 21 og som trenger gjennom formasjon 22, ved hjelp av borestrengen 18. Borestrengen 18 blir drevet fra overflaten 24 til jorden av en rotasjonsborerigg, som bare er illustrert konseptuelt ved 26 siden slike rigger er velkjent på området. Fig. 1 illustrates the LWD system 15 presented as a whole. A downhole unit or "tool" comprises a casing 10 which is attached to the lower end of a drill string 18. A drill bit 11 terminates the lower end of the casing 10. Inside the casing 10 is arranged a sensor element 12, an electronics element 15 and a down-hole telemetry 16. The tool is guided along a wellbore 20, defined by borehole walls 21 and penetrating through formation 22, by means of the drill string 18. The drill string 18 is driven from the surface 24 to the earth by a rotary drilling rig, which is only conceptually illustrated at 26 since such rigs are well known in the art.

Formasjon fra verktøyet blir telemetrert til jordoverflaten 24 via en telemetrilink (illustrert konseptuelt av pilen 23) og mottatt av et overflatetelemetrielement (ikke vist) inneholdt i overflateutstyr 28 som er operativt forbundet med boreriggen 26. Informasjon kan også bli sendt fra overflateutstyret 28 til verktøyet via telemetrilinken 23. Formation from the tool is telemetered to the ground surface 24 via a telemetry link (illustrated conceptually by arrow 23) and received by a surface telemetry element (not shown) contained in surface equipment 28 operatively connected to the drilling rig 26. Information may also be sent from the surface equipment 28 to the tool via the telemetry link 23.

Flere detaljer ved sensorelementet 12, elektronikkomponenten 14 og nede-i-hulls-telemetri elementet 16 og deres driftsmessige forhold er vist i funksjonsdiagrammet på fig. 2. Sensorelementet 12, som er illustrert konseptuelt som en boks av brutte linjer, omfatter minst en gammastråledetektor som omfatter et scintillasjonskrystall 30 og et optisk koblet fotomultiplikatorrør 32. Utgangssignaler fra fotomultiplikatorrøret blir innmatet til elektronikkelementet, hvis komponenter er innelukket av boksen av brutte linjer, angitt som 14. Signalene blir forsterket ved bruk av passende forforsterknings- og forsterkningskretser 34. Forsterkede sensorsignaler blir innmatet til en prosessor 38. Spenning for fotomultiplikatorrøret 32 blir tilveiebrakt av en justerbar høyspennings-effektsforsyning 36 inne i elektronikkelementet 14. More details of the sensor element 12, the electronics component 14 and the down-hole telemetry element 16 and their operational conditions are shown in the functional diagram of fig. 2. The sensor element 12, which is illustrated conceptually as a box of broken lines, comprises at least one gamma ray detector comprising a scintillation crystal 30 and an optically coupled photomultiplier tube 32. Output signals from the photomultiplier tube are fed to the electronics element, the components of which are enclosed by the box of broken lines, indicated as 14. The signals are amplified using suitable preamplification and amplification circuits 34. Amplified sensor signals are fed to a processor 38. Voltage for the photomultiplier tube 32 is provided by an adjustable high voltage power supply 36 inside the electronics element 14.

Fremdeles med henvisning til fig. 2, tilveiebringer prosessoren 38 innretning for automatisk å styre/kontrollere forsterkningen til minst en gammastråledetektor, og blir også brukt til å behandle signaler fra gammastråledetektoren for å tilveiebringe elementkonsentrasjoner av K, U og Th. Som nevnt tidligere, blir verktøyet fortrinns-vis kalibrert på overflaten til en "standard" forsterkning. Under logging endrer temperaturen til verktøyet og elementer i dette seg. Temperaturendringer eller, i mindre grad, endringer i målt gammastråletellingsmengder resulterer i detektorforsterknings-endring. Forsterkningsendringer blir reflektert i energi spekteret til de målte detektor-signalene. Målte trekk ved spekteret blir brukt til å korrigere for disse forsterkningsendringer, slik det vil bli beskrevet detaljert i påfølgende avsnitt av beskrivelsen. Et forsterkningskorreksjonssignal som er representativt for størrelsen på forsterkningsendringen blir generert av prosessoren 38 og innmatet til den justerbare høyspente effektforsyningen 36 for derved å justere detektorhøyspenning slik at forsterkningen blir gjenopprettet til "standard"-forsterkningen. Elementkonsentrasjoner av K, U og Th blir bestemt fra forsterkningskorrigerte detektorspektere i prosessoren 38 ved bruk av forutbestemte forhold slik det vil bli beskrevet i det etterfølgende. Elementkonsentrasjoner av K, U og Th blir innmatet til nede-i-hulls-telemetri elementet 16 og telemetrert, via telemetrilinken 23, til overflatetelemetrielementet inneholdt i overflateutstyr 28. Still referring to fig. 2, the processor 38 provides means for automatically controlling the gain of at least one gamma ray detector, and is also used to process signals from the gamma ray detector to provide elemental concentrations of K, U and Th. As mentioned earlier, the tool is preferably calibrated on the surface to a "standard" gain. During logging, the temperature of the tool and its elements change. Temperature changes or, to a lesser extent, changes in measured gamma ray count amounts result in detector gain change. Gain changes are reflected in the energy spectrum of the measured detector signals. Measured features of the spectrum are used to correct for these gain changes, as will be described in detail in subsequent sections of the description. A gain correction signal representative of the magnitude of the gain change is generated by the processor 38 and fed to the adjustable high voltage power supply 36 to thereby adjust the detector high voltage so that the gain is restored to the "standard" gain. Elemental concentrations of K, U and Th are determined from gain-corrected detector spectra in the processor 38 using predetermined conditions as will be described below. Elemental concentrations of K, U and Th are fed to the downhole telemetry element 16 and telemetered, via the telemetry link 23, to the surface telemetry element contained in surface equipment 28.

Fig. 3a og 3b er henholdsvis tverrsnitt og sidesnitt av vektrøret 10 i området for sensorelementet og viser et sensorelement som omfatter en gammastråledetektor. Fig. 3a viser tverrsnittet A-A' til vektrøret 10 med aksen til en borefluidleder 44 forskjøvet fra aksen til vektrøret. En detektorkanal på omkretsen til vektrøret 10 og definert av overflatene 40 mottar gammastråledetektoren som omfatter et scintillasjonskrystall 30 slik som Nal, Csl, BGO og lignende. Scintillasjonskrystall et 30 er innkapslet i en hermetisk tett, lysreflekterende kapsling 42. Volumet 46 er fortrinnsvis fylt med et materiale slik som RTV, epoksy og lignende. Vektrøret 10 er omgitt av en tynn hylse 48 i området for sensorelementet 12. Fig. 3b viser sidesnittet B-B' som innbefatter hovedaksen til vekt-røret 10. Et fotomultiplikatorrør 32 er optisk koblet til scintillasjonskrystallet 30. Elektriske ledninger til fotomultiplikatorrøret er for tydelighetens skyld ikke vist. Fig. 3a and 3b are respectively cross-sections and side-sections of the neck tube 10 in the area of the sensor element and show a sensor element comprising a gamma ray detector. Fig. 3a shows the cross-section A-A' of the collar 10 with the axis of a drilling fluid conductor 44 offset from the axis of the collar. A detector channel on the circumference of the neck tube 10 and defined by the surfaces 40 receives the gamma ray detector comprising a scintillation crystal 30 such as Nal, Csl, BGO and the like. Scintillation crystal 30 is enclosed in a hermetically sealed, light-reflecting enclosure 42. The volume 46 is preferably filled with a material such as RTV, epoxy and the like. The weight tube 10 is surrounded by a thin sleeve 48 in the area of the sensor element 12. Fig. 3b shows the side section B-B' which includes the main axis of the weight tube 10. A photomultiplier tube 32 is optically connected to the scintillation crystal 30. For the sake of clarity, electrical lines to the photomultiplier tube are not shown.

Det refereres igjen til både fig. 3a og 3b, hvor det åpenbart at scintillasjonskrystallet 30 er anordnet så nært som praktisk mulig til omkretsen til vektrøret 10. Dette minimaliserer intervenerende materialet mellom detektoren og kilden for gammastråling, som er jordformasjon gjennomtrengt av borehullet (ikke vist). Ved å forskyve aksen til strøm-ningslederen 44 blir diameteren, og således effektiviteten, til detektoren maksimalisert. For typisk LWD utstyr kan diameteren til scintillasjonskrystallet være 5,1 cm (2") eller større og fremdeles opprettholde strukturelle spesifikasjoner til vektrøret 10. Som et resultat av denne detektorgeometri, blir spektral gammastråleforringing minimalisert og målt tellemengde blir maksimalisert for en gitt detektor størrelse. Reference is again made to both fig. 3a and 3b, where it is apparent that the scintillation crystal 30 is arranged as close as practicable to the circumference of the collar 10. This minimizes the intervening material between the detector and the source of gamma radiation, which is the earth formation penetrated by the borehole (not shown). By displacing the axis of the flow conductor 44, the diameter, and thus the efficiency, of the detector is maximized. For typical LWD equipment, the diameter of the scintillation crystal can be 5.1 cm (2") or larger and still maintain the structural specifications of the throat tube 10. As a result of this detector geometry, gamma ray spectral degradation is minimized and measured count quantity is maximized for a given detector size.

Fig. 4 illustrerer et sensorelement som omfatter tre gammastråledetektorer. Dette tverr-snittsrisset viser scintillasjonskrystallene 30 til hver detektor. Hvert krystall 30 er innkapslet i hermetisk tett, lysreflekterende kapsling 42, og er anordnet i en detektorkanal definert av overflatene 40. Kanalene er anordnet i 120 graders vinkelavstand. Vektrøret 10 er i området til sensorelementet og er igjen omgitt av en tynn hylse 48. Et sidesnitt er utelatt for korthetens skyld, men et fotomultiplikatorrør (ikke vist) er igjen optisk koblet til hvert scintillasjonskrystall 30. Som med det enkle detektorsensorelementet vist på fig. 3a og 3b, er det åpenbart at scintillasjonskrystallene 30 er anordnet så nær som det er praktisk mulig til omkretsen av verktøyet for derved å minimalisere intervenerende materiale mellom detektorene og kilden for gammastråling inne i jordformasjonen. Ved bruk av multippeldetektorkonfigurasjonen er aksen til strømningslederen 44 sammenfallende med aksen til vektrøret 10. For typisk LWD utstyr, er diameteren til hvert scintillasjonskrystall begrenset til omtrent 3,8 cm (1,5") slik at strukturelle spesifikasjoner for vektrøret kan bli opprettholdt. Sammenlignet med den enkle scintillasjonskrystallsensorelementkonfigurasjonen vist på fig. 3a og 3b, er effektiviteten til hver detektor på fig. 4 redusert. Signaler fra hver detektor kan imidlertid bli kombinert for å tilveiebringe en total sensorelementeffektivitet som er lik eller over-skrider effektiviteten til den enkle detektorkonfigurasjonen. I tillegg blir gjr tredetektor-sensorelementkonfigurasjonen fordeler ved asimut spektral gammastrålemålinger som vil bli beskrevet i påfølgende avsnitt av denne beskrivelsen. Fig. 4 illustrates a sensor element comprising three gamma ray detectors. This cross-sectional view shows the scintillation crystals 30 of each detector. Each crystal 30 is encased in hermetically sealed, light-reflecting casing 42, and is arranged in a detector channel defined by the surfaces 40. The channels are arranged at 120 degrees angular distance. The weight tube 10 is in the area of the sensor element and is again surrounded by a thin sleeve 48. A side section is omitted for brevity, but a photomultiplier tube (not shown) is again optically coupled to each scintillation crystal 30. As with the simple detector sensor element shown in Fig. 3a and 3b, it is apparent that the scintillation crystals 30 are arranged as close as practicable to the perimeter of the tool to thereby minimize intervening material between the detectors and the source of gamma radiation within the earth formation. Using the multiple detector configuration, the axis of the flow guide 44 is coincident with the axis of the throat tube 10. For typical LWD equipment, the diameter of each scintillation crystal is limited to approximately 3.8 cm (1.5") so that structural specifications of the throat tube can be maintained. Compared with the single scintillation crystal sensor element configuration shown in Figures 3a and 3b, the efficiency of each detector is reduced in Figure 4. However, signals from each detector can be combined to provide a total sensor element efficiency equal to or exceeding the efficiency of the single detector configuration. In addition, the three-detector sensor element configuration is benefited by azimuth spectral gamma ray measurements which will be described in subsequent sections of this description.

Det må forstås at multippel detektorsensorelementkonfigurasjonen ikke er begrenset til tredetektorkonfigurasjonen vist på fig. 4. Det må også forstås at vinkelavstanden mellom de multiple detektorene ikke behøver være lik. Sluttlig må det forstås at dimen-sjonene til de multiple detektorene ikke behøver å være like. It should be understood that the multiple detector sensor element configuration is not limited to the three detector configuration shown in FIG. 4. It must also be understood that the angular distance between the multiple detectors need not be equal. Finally, it must be understood that the dimensions of the multiple detectors do not have to be the same.

FORSTERKNINGSSTABILISERING GAIN STABILIZATION

To fremgangsmåter for detektorforsterkningsstabilisering er beskrevet. Den første fremgangsmåten vil bli referert til som den "målte spektralanalyse"-fremgangsmåten, og den andre fremgangsmåten vil bli referert til som "detektorkilde"-forsterkningskorrek-sjonsfremgangsmåten. Forsterkningen til en LWD gammastråledetektor kan endre seg signifikant og hurtig i de røffe borehullboreomgivelsene. Telemetrilinker mellom verk-tøyet og overflaten er relativt sakte og tillater ikke forsterkningsovervåking og korreksjon fra overflaten. Forsterkningskontroll eller styring må være implementert automatisk inne i verktøyet. Begge de beskrevne fremgangsmåtene kan benyttes for effektivt å kontrollere/styre gammastråledetektorforsterkning. Two methods for detector gain stabilization are described. The first method will be referred to as the "measured spectral analysis" method, and the second method will be referred to as the "detector source" gain correction method. The gain of an LWD gamma ray detector can change significantly and rapidly in the rough borehole drilling environment. Telemetry links between the tool and the surface are relatively slow and do not allow gain monitoring and correction from the surface. Gain control or management must be implemented automatically inside the tool. Both of the methods described can be used to effectively control/manage gamma ray detector gain.

Under hensyntagen til viktigheten av forsterkningskontroll og røffheten til borehull-omgivelsene, er det ønskelig å bruke begge fremgangsmåter. De to fremgangsmåtene kan bli brukt med den ene som en primærfremgangsmåte for forsterkningskontroll, og den andre kan tjene som en backup-fremgangsmåte for forsterkningskontroll. Alternativt kan begge fremgangsmåtene bli brukt samtidig, og resultatene kombinert for å tilveiebringe en detektorforsterkningskorreksjon. En slik kombinasjon kan ha en rekke former innbefattende et enkelt numerisk gjennomsnitt eller et vektet gjennomsnitt. Taking into account the importance of gain control and the roughness of the borehole environment, it is desirable to use both methods. The two methods may be used with one serving as a primary gain control method and the other serving as a backup gain control method. Alternatively, both methods can be used simultaneously and the results combined to provide a detector gain correction. Such a combination can take a number of forms including a simple numerical average or a weighted average.

MÅLT SPEKTRAL ANALYSEFREMGANGSMÅTE MEASURED SPECTRAL ANALYSIS PROCEDURE

Fig. 5 er et typisk naturlig gammastrålespekter målt i jordformasjoner med en scintilla-sjonstype gammastråledetektor. Spekteret omfatter målt gammastråleintensitet som en funksjon av gammastråleenergi, representert ved kurven 50. Abscissen er gammastråle-energj i million elektron volt (MeV), og ordinaten i den naturlige logaritmen av målt tellemengde er energiinkrement. Inkrementene av energi er representerte energikanaler eller "kanaler" på toppskalaabscissen. Representativ toppstruktur fra K, U og Th er vist ved respektive energier 1,46 Me V, 1,76 MeV og 2,61 MeV. Under verktøykalibrering blir detektorhøyspenten justert til å gi en detektorforsterkning for hvilken spesifikke energier av gammastråling faller innenfor forutbestemte energikanaler. Denne forsterkning er referert til som "standard"-forsterkningen. Verktøykalibrering vil bli beskrevet ytterligere i et påfølgende avsnitt av denne beskrivelsen. Fig. 5 is a typical natural gamma ray spectrum measured in earth formations with a scintillation type gamma ray detector. The spectrum comprises measured gamma-ray intensity as a function of gamma-ray energy, represented by curve 50. The abscissa is gamma-ray energy in million electron volts (MeV), and the ordinate in the natural logarithm of measured count amount is energy increment. The increments of energy are represented by energy channels or "channels" on the top scale abscissa. Representative peak structures from K, U and Th are shown at respective energies 1.46 MeV, 1.76 MeV and 2.61 MeV. During instrument calibration, the detector high voltage is adjusted to provide a detector gain for which specific energies of gamma radiation fall within predetermined energy channels. This gain is referred to as the "standard" gain. Tool calibration will be described further in a subsequent section of this description.

Compton-spredeområdet til spekteret omfatter formasjonsgammastråling som har gjennomgått flere kollisjoner i intervenerende materiale før den når gammastråledetektoren. Dette området av spekteret er identifisert av henvisningstallet 52 og termineres ved lavenergiområdet av "humpen" 54 ved energi 56. Dette eksponential-utseende området 52 inneholder ingen direkte bidrag fra K, U og Th gammastråling. Helningen til dette området er hovedsakelig en funksjon av fotomultiplikatorrørforsterk-ningen og kan bli brukt for å overvåke detektorforsterkning. The Compton scatter region of the spectrum includes formation gamma radiation that has undergone multiple collisions in intervening material before reaching the gamma ray detector. This region of the spectrum is identified by the reference number 52 and is terminated at the low energy region by the "hump" 54 at energy 56. This exponential-looking region 52 contains no direct contributions from K, U and Th gamma radiation. The slope of this range is mainly a function of the photomultiplier tube gain and can be used to monitor detector gain.

Fig. 6 er en opptegning av målene til helningen av Compton-området 52 som en funksjon av detektortemperatur i grader Celsius (°C). Målte verdier for helning (ordinat) mot temperatur (abscisse) er indikert av datapunktene 62. En kurve 60 innpasset gjennom datapunktene 62 viser at det er en hovedsakelig 1:1 korrelasjon mellom helningen og detektortemperatur. Fig. 6 is a plot of the measurements of the slope of the Compton range 52 as a function of detector temperature in degrees Celsius (°C). Measured values for slope (ordinate) versus temperature (abscissa) are indicated by the data points 62. A curve 60 fitted through the data points 62 shows that there is an essentially 1:1 correlation between the slope and detector temperature.

Kurve 66 på fig. 7 viser forholdet mellom en multiplikativ første ordens forsterkningsjusteringsfaktor Fi og korresponderende detektortemperatur, hvor Curve 66 in fig. 7 shows the relationship between a multiplicative first order gain adjustment factor Fi and corresponding detector temperature, where

G0bser den observerte detektorforsterkningen, og Gstder den tidligere definerte "standard"-forsterkningen for hvilken verktøyet er kalibrert. Forhold mellom helning mot temperatur vist grafisk som kurve 60 på fig. 6 kan bli kombinert med forsterkningsjusteringsfaktor som en funksjon av temperatur vist grafisk som kurve 66 på fig. 7 for å eliminere temperaturparameteren. Denne kombinasjon gir en funksjonsforhold mellom den målte helningen og den ønskede første ordens forsterkningsjusterings-faktoren Fi. G0bs the observed detector gain, and Gstder the previously defined "default" gain for which the tool is calibrated. Relationship between slope versus temperature shown graphically as curve 60 in fig. 6 can be combined with gain adjustment factor as a function of temperature shown graphically as curve 66 in FIG. 7 to eliminate the temperature parameter. This combination provides a functional relationship between the measured slope and the desired first order gain adjustment factor Fi.

Ved dette punkt kan detektorhøyspenning bli justert for å korrigere detektorforsterkning for temperatureffekter. Kurve 68 på fig. 7 viser forholdet mellom nødvendig høyspent-justering for å tilveiebringe Gstdog detektortemperatur. Når Fi har blitt tilveiebrakt som beskrevet ovenfor, kan høyspenningen Vi som kreves for å tilveiebringe Gstdbli bestemt. Det følgende eksempelet er representert som en grafisk løsning. Anta at fra en måling av Compton-helningen, har det blitt bestemt at Fi = 1,1 som indikert på fig. 7 ved 70. En horisontal linje blir projisert inntil den krysser kurven 66 ved et punkt 71. En vertikal linje blir projisert inntil den krysser kurven 68 ved punkt 72. Sluttlig blir en horisontallinje projisert til den høyre ordinaten ved punkt 73 og gir en nødvendig høyspentkorreksjon på +10 volt. Det refereres igjen til fig. 2 hvor 10 volt tilføyd foto-multiplikatorrøret 32 fra den justerbare høyspenteffektleveringen vil justere forsterkningen til gammastråledetektoren til standardforsterkningen Gstd. At this point, detector high voltage can be adjusted to correct detector gain for temperature effects. Curve 68 in fig. 7 shows the relationship between required high voltage adjustment to provide Gstdog detector temperature. Once Fi has been provided as described above, the high voltage Vi required to provide Gstdb can be determined. The following example is represented as a graphical solution. Suppose that from a measurement of the Compton slope, it has been determined that Fi = 1.1 as indicated in Fig. 7 at 70. A horizontal line is projected until it crosses curve 66 at a point 71. A vertical line is projected until it crosses curve 68 at point 72. Finally, a horizontal line is projected to the right ordinate at point 73 and provides a necessary high voltage correction of +10 volts. Reference is again made to fig. 2 where the 10 volts added to the photo-multiplier tube 32 from the adjustable high voltage power supply will adjust the gain of the gamma ray detector to the standard gain Gstd.

For å oppsummere, blir forholdene vist grafisk på fig. 6 og 7 kombinert for å utvikle et forhold mellom målt helning i Compton-området som en funksjon av høyspent som er nødvendig for å opprettholde standard detektorforsterkning. Eksempelet beskrevet ovenfor er grafisk, men det bør forstås at løsningen kan reduseres til analytisk form som er egnet for beregning i en prosessor. Et mål på helning kan derfor bli brukt for å korrigere detektorforsterkningsforskyvninger. Bruk av denne helning for å forutsi forsterkningsendringer er ekstremt robust siden den blir beregnet fra et antall datapunkter, den er immune for elektronikkstøy, og det er funnet at den ikke blir sterkt påvirket av borehull og formasjonsforhold. En første ordens detektorforsterkningskorreksjon kan bli utført for de fleste alvorlige forsterkningsendringer i området fra omtrent -60% av standardforsterkningen til +150% av standardforsterkningen. Slike alvorlige forsterkningsendringer blir indusert av like alvorlige endringer i temperatur i området fra omtrent -60°C til omtrent +150°C, hvor 25°C er "standard"-kalibreringstemperaturen. To summarize, the conditions are shown graphically in fig. 6 and 7 combined to develop a ratio of measured slope in the Compton range as a function of high voltage required to maintain standard detector gain. The example described above is graphical, but it should be understood that the solution can be reduced to analytical form suitable for calculation in a processor. A measure of slope can therefore be used to correct for detector gain offsets. Using this slope to predict gain changes is extremely robust since it is calculated from a number of data points, is immune to electronics noise, and has been found not to be greatly affected by wellbore and formation conditions. A first order detector gain correction can be performed for most severe gain changes in the range from about -60% of standard gain to +150% of standard gain. Such severe gain changes are induced by equally severe changes in temperature in the range from about -60°C to about +150°C, where 25°C is the "standard" calibration temperature.

Som beskrevet ovenfor, kan et mål av helning bli brukt for å tilveiebringe en spennings-justering som er nødvendig for å tilveiebringe standardforsterkning. Dette er en først ordens korreksjon under hensyntagen til størrelsen av forsterkningsendringer som kan bli håndtert. Andre og tredje ordens korreksjoner blir utført for ytterligere å øke presisjon og nøyaktighet til detektorforsterkningsinnstillingene. På grunn av disse ytterligere korreksjonen blir det foretrukket å ikke justere detektorspenning etter den første ordens forsterkningskorreksjonen. I stedet blir spekteret justert ved å justere tellemengden pr. energjkanal ved bruk av den første ordens forsterkningskorreksjons-faktoren Fi. Ved bruk av det tidligere eksempelet på Fi = 1,1, blir bredden til hver kanal "strukket" 10 prosent, og de målte tellemengdene blir redistribuert over de bredere kanalene. Denne metodologien kan bli tenkt som en "programvare"-forsterkningsforskyvning, og blir fortrinnsvis utført i prosessor 38. Detektorforsterkningsjusteringen blir nå ytterligere raffinert ved å undersøke en predominerende topp i dette modifiserte energi spekteret. Fig. 8 viser et parti av det fulle spekteret 50 vist på fig. 5, og innbefatter en topp 80 ved 1,46 MeV fra K. Denne topp er typisk den mest prominente toppen i spekteret, og er egnet for den andre ordenens forsterkningsjustering. Etter å ha modifisert spekteret ved bruk av metodologien beskrevet tidligere, blir det observert at maksimum til toppen 80 faller i en kanal Ch0bsved 78. Verktøykalibrering krever at energien som korresponderer med denne maksimale topp faller i en modifisert kanal Chjjtdved 76, hvor kanalene har blitt justert i bredde med den første ordenens korreksjon Fi. Forsterkningen til detektoren blir ytterligere justert til en andre ordens korreksjon slik at maksimum til toppen 80 faller i Chstd. Dette blir igjen besørget med en "programvare"-forsterkningsforskyvning ved å justere breddene til energjkanalene og redistribuere de målte tellemengdene for å danne et andre modifisert spektrum. En andre ordens forsterkningskorreksjon F2blir tilveiebrakt fra ligningen Forsterkningskorreksjonsprosessen kan bli avsluttet ved dette punkt uten noen ytterligere raffinering av forsterkningsinnstillingen. Dersom denne opsjonen blir valgt, blir den korresponderende høyspentinnstillingen V2som er nødvendig for å tilveiebringe denne andre ordens korrigert standardforsterkning uttrykt matematisk som As described above, a measure of slope can be used to provide a voltage adjustment necessary to provide standard gain. This is a first order correction taking into account the magnitude of gain changes that can be handled. Second and third order corrections are performed to further increase the precision and accuracy of the detector gain settings. Because of these additional corrections, it is preferred not to adjust detector voltage after the first order gain correction. Instead, the spectrum is adjusted by adjusting the count amount per energy channel using the first order gain correction factor Fi. Using the earlier example of Fi = 1.1, the width of each channel is "stretched" 10 percent, and the measured counts are redistributed over the wider channels. This methodology can be thought of as a "software" gain shift, and is preferably performed in processor 38. The detector gain adjustment is now further refined by examining a predominant peak in this modified energy spectrum. Fig. 8 shows a part of the full spectrum 50 shown in fig. 5, and includes a peak 80 at 1.46 MeV from K. This peak is typically the most prominent peak in the spectrum, and is suitable for the second-order gain adjustment. After modifying the spectrum using the methodology described earlier, it is observed that the maximum to the peak 80 falls in a channel Ch0bsved 78. Instrument calibration requires that the energy corresponding to this maximum peak falls in a modified channel Chjjtdved 76, where the channels have been aligned in width with the first-order correction Fi. The gain of the detector is further adjusted to a second order correction so that the maximum to peak 80 falls in Chstd. This is again provided with a "software" gain shift by adjusting the widths of the energy channels and redistributing the measured counts to form a second modified spectrum. A second order gain correction F2 is provided from the equation The gain correction process can be terminated at this point without any further refinement of the gain setting. If this option is selected, the corresponding high voltage setting V2 required to provide this second order corrected standard gain is expressed mathematically as

Topper i målt gammastrålespektere slik som kurven 50 vist på fig. 5 blir identifisert med hensyn på kanal (og korresponderende energi) ved bruk av en annen derivert algoritme etter at et sterkt filter er påtrykt. Lokaliseringer av toppene blir bestemt ved bruk av en Gauss-kurvetilpasning rundt hver topp. Fig. 9 illustrerer effektiviteten til detekteringen og lokaliseringsfremgangsmåten. Kurve 86 representerer den andre deriverte d<2>C/dCh<2>(høyre ordinat) til spektraltellemengden C som en funksjon av korresponderende energjkanal Ch for et spekter av typen vist på fig. 5. Topper er indikert når kurven 86 krysser d<2>C/dCh<2>= 0. Siden spekteret innehar statistiske variasjoner, kan kurven også inneha en "nullgjennomgang" på grunn av statistikk over tellemengde snarere enn virkelig toppstruktur. Det er derfor nødvendig å identifisere en ikke-statistisk eller "støy" nullgjennomgang fra en sann nullgjennomgang som indikerer en topp. kurvene 82 og 84 representerer øvre og nedre grenser for standardavvik i tellemengden C som en funksjon av energikanal, og er presentert i vilkårlige telle-mengdeenheter til den venstre ordinaten. Bare nullgjennomgangsforløp som strekker seg utenfor standardavviks-" konvolutten" blir ansett som statistisk signifikante indikasjoner på en topp. Det er bare en slik indikasjon i kurven 86 ved en kanal identifisert ved henvisningstallet 88. Dette korresponder med K toppen ved 1,46 MeV vist tydelig på fig. 5. Peaks in measured gamma ray spectra such as the curve 50 shown in fig. 5 is identified with respect to the channel (and corresponding energy) using another derivative algorithm after a strong filter is applied. Locations of the peaks are determined using a Gaussian curve fit around each peak. Fig. 9 illustrates the efficiency of the detection and location method. Curve 86 represents the second derivative d<2>C/dCh<2> (right ordinate) of the spectral count quantity C as a function of corresponding energy channel Ch for a spectrum of the type shown in fig. 5. Peaks are indicated when the curve 86 crosses d<2>C/dCh<2>= 0. Since the spectrum has statistical variations, the curve may also have a "zero crossing" due to count quantity statistics rather than actual peak structure. It is therefore necessary to identify a non-statistical or "noise" zero crossing from a true zero crossing indicating a peak. curves 82 and 84 represent upper and lower bounds for standard deviation of count quantity C as a function of energy channel, and are presented in arbitrary count quantity units to the left ordinate. Only zero crossings that extend outside the standard deviation "envelope" are considered statistically significant indications of a peak. There is only one such indication in curve 86 at a channel identified by reference number 88. This corresponds to the K peak at 1.46 MeV shown clearly in fig. 5.

Det foretrekkes å ytterligere raffinere forsterkningsinnstillingen. Når det andre modifiserte energispekteret har blitt beregnet, blir alle statistisk signifikante topper i det andre modifiserte spekteret lokalisert ved bruk av topplokaliseringsteknikken beskrevet ovenfor. Når energjkanalene hvori disse topper er observert, blir de sammenlignet med deres korresponderende "standard"-kanaler bestemt ved verktøykalibrering. Denne metodologien er tilsvarende enkeltoppmetodologien som ble brukt til den andre ordens forsterkningskorreksjon, men alle topper blir brukt i denne tredje ordens korreksjon. Kanalbredde blir igjen justert og tellemengder redistribuert slik at alle identifiserbare topper faller i deres korresponderende standard energikanaler, korrigert for den første og andre ordens programvareforsterkningsjusteringer. Dette er den tredje ordens forsterkningskorreksjon og gir en tredje ordens forsterkningsjusteringsfaktor F3. Den ukorrigerte detektorspenningen V blir nå justert for å tilveiebringe en korrigert spenning Vcorved bruk av forholdet Den korrigerte detektorforsterkningen Gcorer It is preferred to further refine the gain setting. Once the second modified energy spectrum has been calculated, all statistically significant peaks in the second modified spectrum are located using the peak location technique described above. Once the energy channels in which these peaks are observed, they are compared to their corresponding "standard" channels determined by instrument calibration. This methodology is similar to the single-peak methodology used for the second-order gain correction, but all peaks are used in this third-order correction. Channel widths are again adjusted and count amounts redistributed so that all identifiable peaks fall in their corresponding standard energy channels, corrected for the first and second order software gain adjustments. This is the third order gain correction and gives a third order gain adjustment factor F3. The uncorrected detector voltage V is now adjusted to provide a corrected voltage Vcor using the relationship The corrected detector gain Gcorer

hvor H er en multiplikativ konstant som relaterer seg til den tredje orden s korrigerte høyspent Vcortil den fullstendig korrigerte detektorforsterkningsfaktoren Gcor. Kanal-bredder blir tilbakestilt til deres opprinnelige verdier. where H is a multiplicative constant relating the third order s corrected high voltage Vcor to the fully corrected detector gain factor Gcor. Channel widths are reset to their original values.

Den målte spektralanalysefremgangsmåten for automatisk forsterkningskorreksjon er oppsummert i flytdiagrammet vist på fig. 10. Helningen til Compton-området 52 (se fig. The measured spectral analysis procedure for automatic gain correction is summarized in the flow diagram shown in Fig. 10. The slope of the Compton area 52 (see fig.

5) blir målt ved 90. Den første ordens forsterkningskorreksjonen Fi blir bestemt ved 92 ved bruk av den målte helningen som beskrevet ovenfor. En identifiserbar topp blir lokalisert i det målte spekteret ved 94. Den andre ordens forsterkningskorreksjonen F2blir bestemt ved 96 ved bruk av tidligere beskrevet metodologi og ligning (2a). Alle statistisk signifikante topper i det målte gammastrålespekteret blir bestemt ved 98. Den tredje ordens forsterkningskorreksjonfaktoren F3blir tilveiebrakt ved 100 av en programvareforsterkningsjustering som posisjonerer alle topper fluktende med deres tilordnede energikanaler tilveiebrakt ved verktøykalibrering. Den korresponderende høyspent Vcorsom er nødvendig for standard detektorforsterkning blir også bestemt ved 100 ved bruk av ligning (3 a). Den korrigerte detektorforsterkningen Gcorblir innstilt ved 102 ved bruk av V3og ligning (3b). Det er igjen å merke seg at en virkelig spennings-justering blir gjort bare etter den tredje ordens korreksjonen, hvor programvareforsterkningsjusteringer blir brukt i den første og andre ordens korreksjoner. Det bør også forstås at andre algoritmer kan bli brukt for å tilveiebringe egnede programvareforsterkningsjusteringer for den første og andre ordens korreksjoner. 5) is measured at 90. The first order gain correction Fi is determined at 92 using the measured slope as described above. An identifiable peak is located in the measured spectrum at 94. The second order gain correction F2 is determined at 96 using previously described methodology and equation (2a). All statistically significant peaks in the measured gamma ray spectrum are determined at 98. The third order gain correction factor F3 is provided at 100 by a software gain adjustment that positions all peaks flush with their associated energy channels provided by instrument calibration. The corresponding high voltage Vcorsom required for standard detector gain is also determined at 100 using equation (3a). The corrected detector gain Gcor is set at 102 using V3 and equation (3b). It is again noted that a real voltage adjustment is made only after the third order correction, where software gain adjustments are used in the first and second order corrections. It should also be understood that other algorithms may be used to provide suitable software gain adjustments for the first and second order corrections.

DETEKTORKILDEFORSTERKNINGSKORREKSJONSMETODE DETECTOR SOURCE GAIN CORRECTION METHOD

Gammastråledetektorforsterkning kan bli overvåket ved bruk av en alternative teknikk. En liten radioaktiv "detektor"-kilde er anordnet nær eller inne i den ene eller flere scintillasjonskrystaller og omfatter det naturlig gammastråle LWD sensorelementet. Detektorkilden genererer en "kalibrerings"-topp i det målte gammastrålespekteret. Dersom forsterkningen til det målte spekteret endrer seg, forskyves posisjonen til kalibreringstoppen med endringen i forsterkning. Et mål på posisjon av kalibreringstoppen kan derfor bli brukt til å overvåke og korrigere detektorforsterkning. Gamma ray detector gain can be monitored using an alternative technique. A small radioactive "detector" source is located near or inside the one or more scintillation crystals and comprises the natural gamma ray LWD sensor element. The detector source generates a "calibration" peak in the measured gamma-ray spectrum. If the gain of the measured spectrum changes, the position of the calibration peak shifts with the change in gain. A measure of the position of the calibration peak can therefore be used to monitor and correct detector gain.

Kalibreringstoppen er fortrinnsvis ved en relativt lav energi slik at den ikke vil interferere med høyere energi stråling fra K, U og Th som benyttes for å bestemme elementkonsentrasjoner. En egnet detektorkile er Americium-241 (<241>Am) som sender ut gammastråling ved 0,060 MeV. Det refereres igjen til fig. 5, hvor et typisk målt gammastrålespekter omslutter et energiområde fra 0,0 til 3,0 MeV over typisk 256 kanaler. Med denne "standard" detektorforsterkningsinnstilling er den lave energjenden til spekteret, som innbefatter 0,060 MeV kalibreringstoppen, svært utsatt for elektronikkstøy. I tillegg, siden spekteret sprer seg over omtrent 3,0 MeV og typisk 256 energikanaler, opptar<241>Am-toppen bare omtrent 3 av de 256 kanalene, hvilket gjør det vanskelig å lokalisere topposisjonen nøyaktig. The calibration peak is preferably at a relatively low energy so that it will not interfere with higher energy radiation from K, U and Th which is used to determine element concentrations. A suitable detector wedge is Americium-241 (<241>Am) which emits gamma radiation at 0.060 MeV. Reference is again made to fig. 5, where a typical measured gamma ray spectrum encompasses an energy range from 0.0 to 3.0 MeV over typically 256 channels. With this "default" detector gain setting, the low energy end of the spectrum, which includes the 0.060 MeV calibration peak, is very susceptible to electronics noise. Additionally, since the spectrum spreads over about 3.0 MeV and typically 256 energy channels, the<241>Am peak occupies only about 3 of the 256 channels, making it difficult to precisely locate the peak position.

Oppmerksomhet rettes mot fig. 11 som viser konseptuelt lavenergiområdet til et gammastrålespekter målt med en detektor som omfatter en<241>Am detektorkilde. Kurven 110 viser topp strukturen med detektoren innstilt på standard forsterkning. Siden toppen opptar tre energikanaler, er det vanskelig å lokalisere senteret til toppen ved bruk av tidligere beskrevne fremgangsmåter. Denne topp kan i prinsippet bli brukt som vist for å stabilisere detektorforsterkning. Enhver stabilisering som benytter<241>Am-toppen ved 0,060 MeV vil derfor være utsatt for store feil, spesielt i det høyere energiområdet til spekteret benyttet for el ementkonsentrasj onsberegninger. Attention is drawn to fig. 11 which conceptually shows the low energy region of a gamma ray spectrum measured with a detector comprising a<241>Am detector source. Curve 110 shows the peak structure with the detector set to standard gain. Since the peak occupies three energy channels, it is difficult to locate the center of the peak using previously described methods. This peak can in principle be used as shown to stabilize detector gain. Any stabilization using the<241>Am peak at 0.060 MeV will therefore be prone to large errors, especially in the higher energy range of the spectrum used for element concentration calculations.

Nøyaktigheten til detektorforsterkningsstabilisering ved bruk av en lavenergi detektorkilde og kalibreringstopp blir forbedret ved bruk av duale forsterkningskretser. Spektersignalet fra gammastråledetektoren blir "avgrenet" og innmatet i første og andre forsterkningskretser som omfatter de duale forsterkningskretsene. Den første kretsen omfatter en standard forsterkningskrets og genererer et spekter med standard forsterkning. 0,060 MeV 241Am-toppen i dette standardspekteret er vist ved 110 på fig. 11. For forsterkningsstabiliseringsformål blir spektersignalet innmatet en andre forsterkningskrets med en forsterkningsfaktor som er N store enn forsterkningsfaktoren til standardforsterkningen. Den andre forsterkningskretsen genererer et forsterket spekter med en "forsterket" forsterkning. For beskrivelsesformål vil det bli antatt at N = 10, selv om det må forstås at andre verdier av N kan bli brukt. Kurve 112 er det forsterkede forsterkningsspekteret som viser<241>Am-toppen ved 0,060 MeV forsterket ved en faktor på N = 10. Toppen opptar nå omtrent 30 energikanaler, og tidligere beskrevne topp-lokaliseringsfremgangsmåter blir brukt for å bestemme at senteret til toppen er i energjkanal P0bs, som identifisert ved 114. Fra verktøykalibrering er det kjent at energi 0,060 MeV skulle falle i energjkanal Pstdfor standard forsterkning, eller i kanal N x Pstdfor den forsterkede forsterkning, vist ved 116 på fig. 11. Detektorhøyspenningen V blir justert til en korrigert verdi, Vcor, ved bruk av dette forholdet Et signal som er proporsjonalt med (N Pstd/P0bs) blir fortrinnsvis generert i prosessoren 38 og innmatet til den justerbare høyspenningseffektforsyningen 36. Dette genererer den korrigerte høyspent Vcorlevert til detektoren. Korrigert standard forsterknings-forsterkning Gcorer uttrykt ved forholdet The accuracy of detector gain stabilization using a low energy detector source and calibration peak is improved by the use of dual gain circuits. The spectrum signal from the gamma ray detector is "branched off" and fed into first and second amplification circuits comprising the dual amplification circuits. The first circuit comprises a standard gain circuit and generates a standard gain spectrum. The 0.060 MeV 241Am peak in this standard spectrum is shown at 110 in Fig. 11. For gain stabilization purposes, the spectrum signal is fed to a second amplification circuit with a gain factor N greater than the gain factor of the standard gain. The second amplification circuit generates an amplified spectrum with a "boosted" gain. For purposes of description, it will be assumed that N = 10, although it should be understood that other values of N may be used. Curve 112 is the amplified gain spectrum showing the<241>Am peak at 0.060 MeV amplified by a factor of N = 10. The peak now occupies approximately 30 energy channels, and previously described peak localization procedures are used to determine that the center of the peak is in energy channel P0bs, as identified at 114. From tool calibration it is known that energy 0.060 MeV should fall into energy channel Pstd for the standard gain, or in channel N x Pstd for the enhanced gain, shown at 116 in fig. 11. The detector high voltage V is adjusted to a corrected value, Vcor, using this relationship A signal proportional to (N Pstd/P0bs) is preferably generated in the processor 38 and fed to the adjustable high voltage power supply 36. This generates the corrected high voltage Vcor lever to the detector. Corrected standard gain-gain Gcorer expressed by the ratio

hvor H, som i ligning (3), er en multiplikatorkonstant som relaterer høyspent til detektorforsterkning. where H, as in equation (3), is a multiplier constant relating high voltage to detector gain.

Det bør forstås at forskjellige fremgangsmåter kan bli brukt for å øke detektorforsterkningen med en faktor på N. Som et eksempel kan forsterkningskretsen 34 (se fig. 2) inneholde et høyforsterkningselement som, under styringen av prosessoren 38, "avgrener" detektorinngang. Forsterkningen til en gren av inngangen med en faktor på N danner derved den forsterkede forsterkningen av kalibreringstoppen for formål å stabilisere kalibreringskildeforsterkning. It should be understood that various methods may be used to increase the detector gain by a factor of N. As an example, the gain circuit 34 (see FIG. 2) may contain a high gain element which, under the control of the processor 38, "branches" the detector input. The gain of one branch of the input by a factor of N thereby forms the amplified gain of the calibration peak for purposes of stabilizing calibration source gain.

Forsterkningsstabiliseringsfremgangsmåten som benytter en radioaktiv "detektor"-kilde er oppsummert i flytdiagrammet på fig. 12. Lavenergjdelen av det målte gammastrålespekteret blir økt med en faktor på N ved 120. Energikanalen P0bs, hvori stabiliser-ingstoppen er maksimalt, blir bestemt ved 122 ved bruk av en egnet topplokaliserings-teknikk. Høyspent Vcorsom kreves for å posisjonere toppmaksimalverdien i energikanalen N x Pstdblir bestemt (se ligning (4)) ved 124, og den korrekte detektorforsterkningen Gcorblir innstilt ved 126 (se ligning (5)). The gain stabilization method using a radioactive "detector" source is summarized in the flow diagram of FIG. 12. The low energy portion of the measured gamma ray spectrum is increased by a factor of N at 120. The energy channel P0bs, in which the stabilization peak is maximum, is determined at 122 using a suitable peak location technique. High voltage Vcorsom required to position the peak maximum value in the energy channel N x Pstdb is determined (see equation (4)) at 124, and the correct detector gain Gcor is set at 126 (see equation (5)).

Hybrid korreksjonsfremgangsmåte Hybrid correction procedure

Den målte spektralanalysefremgangsmåten og detektorkildeforsterkningskorreksjons-fremgangsmåtene kan bli kombinert for å gi en hybrid forsterkningskontrollfremgangs-måte. En kalibreringskilde blir anordnet inne i eller i den umiddelbare nærhet til minst en gammastråledetektor. Når den er i borehullet, produserer denne detektor et gammastrålespekter som omfatter en første komponent fra naturlig forekommende radioaktive elementer inne i formasjonen og en andre komponent fra kalibreringskilden. En første detektorforsterkningskorreksjon blir bestemt fra spektrale trekk fra den naturlig forekommende gammastrålingen som tidligere beskrevet i den målte spektralanalysefremgangsmåten. Den andre forsterkningskorreksjonen blir bestemt fra kalibrer-ingskildekomponenten som tidligere beskrevet i detektorkildeforsterkningskorreksjons-fremgangsmåten. De første og andre forsterkningskorreksj onene blir kombinert for å korrigere for forsterkningsforskyvning i detektoren. The measured spectral analysis method and the detector source gain correction methods can be combined to provide a hybrid gain control method. A calibration source is arranged inside or in the immediate vicinity of at least one gamma ray detector. When in the borehole, this detector produces a gamma ray spectrum comprising a first component from naturally occurring radioactive elements within the formation and a second component from the calibration source. A first detector gain correction is determined from spectral features of the naturally occurring gamma radiation as previously described in the measured spectral analysis procedure. The second gain correction is determined from the calibration source component as previously described in the detector source gain correction procedure. The first and second gain corrections are combined to correct for gain drift in the detector.

ELEMENTKONSENTRASJONBESTEMMELSER ELEMENT CONCENTRATION PROVISIONS

Med detektorforsterkning stabilisert til "standard" forsterkning blir elementkonsentrasjoner av K, U og Th bestemt, fortrinnsvis i prosessoren 38 til elektronikkelementet 14 (se fig. 1 og 2), fra målte spektrale data. Disse elementkonsentrasjoner kan innmates til nede-i-hulls-telemetrielementet 16 og telemetrert via telemetrilinken 23 til overflateutstyret 28. Alternativt kan de spektrale dataene bli innmatet i nede-i-hulls-telemetri elementet 16 og telemetrert til overflateutstyret 28 for påfølgende behandling. Siden telemetribåndbredden er begrenset og gammastrålespekteret er mye mer data-intensive enn el ementkonsentrasj onene bestemt av disse, er det foretrukket å teleme-trere elementkonsentrasjonen av K, U og Th til overflaten. Alternativt kan spektrale gammastråledata og elementkonsentrasjonsbestemmelser bli registrert av en datalagringsinnretning inne i elektronikkelementet og deretter trukket ut for behandling og analyse når verktøyet er returnert til overflaten. With detector gain stabilized to "standard" gain, elemental concentrations of K, U and Th are determined, preferably in the processor 38 of the electronics element 14 (see Figs. 1 and 2), from measured spectral data. These element concentrations can be fed into the down-hole telemetry element 16 and telemetered via the telemetry link 23 to the surface equipment 28. Alternatively, the spectral data can be fed into the down-hole telemetry element 16 and telemetered to the surface equipment 28 for subsequent processing. Since the telemetry bandwidth is limited and the gamma ray spectrum is much more data-intensive than the element concentrations determined by these, it is preferred to telemeter the element concentration of K, U and Th to the surface. Alternatively, spectral gamma ray data and element concentration determinations can be recorded by a data storage device inside the electronics element and then extracted for processing and analysis when the tool is returned to the surface.

Den følgende metodologien blir foretrukket for å bestemme elementkonsentrasjoner av K, U og Th. Det må imidlertid forstås at andre spektralbehandlingsfremgangsmåter slik som spekterstripping, topparealanalyse og lignende kan bli brukt for å bestemme konsentrasjoner av K, U og Th. De nødvendige el ementkonsentrasj onskalibrerings-konstantene blir tilveiebrakt ved verktøykalibrering. The following methodology is preferred for determining elemental concentrations of K, U and Th. However, it should be understood that other spectral processing methods such as spectrum stripping, peak area analysis and the like may be used to determine concentrations of K, U and Th. The necessary element concentration calibration constants are provided by tool calibration.

Elementkonsentrasjoner blir tilveiebrakt ved å løse matriseligningen Elemental concentrations are provided by solving the matrix equation

[C] er en m x 1 søylematrise som omfatter elementer q (i = 1,m) som representerer tellerate registrert i energikanal i (se fig. 5). Det er typisk at 256 energikanaler (m = 256) blir brukt, selv om flere eller færre kanaler kan bli brukt innenfor rammen av oppfinnelsen. [C] is an m x 1 column matrix comprising elements q (i = 1,m) representing count rate registered in energy channel i (see fig. 5). It is typical that 256 energy channels (m = 256) are used, although more or fewer channels may be used within the scope of the invention.

[A] er en m x j matrise som omfatter elementer aijmed (i = 1,m) og (j = K, U, Th). Fysisk er elementet aijsensitivitet til energikanal i overfor elementet j, typisk i telle-enheter pr. sekund pr. del pr. million (U og Th) eller tellinger pr. sekund pr. prosent (K). Matrisen [A] omfatter kalibreringskonstanter, og er referert til som en [A] is an m x j matrix comprising elements aijmed (i = 1,m) and (j = K, U, Th). Physically, the element aij is the sensitivity of energy channel i to the element j, typically in counting units per second per part per million (U and Th) or counts per second per percent (K). The matrix [A] comprises calibration constants, and is referred to as a

"sensitivitets"-matrise, og blir bestemt ved verktøykalibrering. Ved verktøykalibrering blir responsen til verktøyet målt i formasjoner som inneholder kjente konsentrasjoner av K, U og Th, og i "standard" borehullomgjvelser, og med en eller flere detektorer i sensorelementet drevet ved "standard" forsterkning Gcor. "sensitivity" matrix, and is determined by tool calibration. In tool calibration, the response of the tool is measured in formations containing known concentrations of K, U and Th, and in "standard" borehole environments, and with one or more detectors in the sensor element operated at "standard" gain Gcor.

[M] er en j x 1 søylematrise som omfatter elementer Mj (j = K, U, Th) som er parameterne av interesse, nemlig formasjonens elementkonsentrasjoner av K, U og Th. MK er i prosent, og Mu og Mxhi deler pr. million (ppm). De ønskede elementkonsentrasjonene blir tilveiebrakt ved å løse ligning (6) for [M], fortrinnsvis ved bruk av en vektet minste kvadrattilpasning. [M] is a j x 1 column matrix comprising elements Mj (j = K, U, Th) which are the parameters of interest, namely the formation's elemental concentrations of K, U and Th. MK is in percentage, and Mu and Mxhi share per million (ppm). The desired element concentrations are provided by solving equation (6) for [M], preferably using a weighted least squares fit.

Målte gammastrålespektere fra en eller flere gammastråledetektorer i sensorseksjonen blir sporet som en funksjon av dybde til verktøyet i borehullet 20 (se fig. 1). Dersom sensorelementet 12 bare omfatter en gammastråledetektor som vist på fig. 3a og 3b, blir elementene til matrisen [C] tilveiebrakt fra denne detektor. Dersom sensorelementet omfattet et antall q detektorer, slik som q = 3 utførelsen vist på fig. 4, blir elementene til [C] matrisen tilveiebrakt ved å kombinere responser fra de q detektorene, typisk ved ganske enkelt å oppsummere responsene dersom alle detektorene innehar lik sensitivitet. Measured gamma ray spectra from one or more gamma ray detectors in the sensor section are tracked as a function of depth to the tool in the borehole 20 (see Fig. 1). If the sensor element 12 only comprises a gamma ray detector as shown in fig. 3a and 3b, the elements of matrix [C] are provided from this detector. If the sensor element comprised a number of q detectors, such as q = 3, the design shown in fig. 4, the elements of the [C] matrix are provided by combining responses from the q detectors, typically by simply summing the responses if all detectors have equal sensitivity.

ASIMUTELEMENTKONSENTRASJONSBESTEMMELSER AZIMUTE ELEMENT CONCENTRATION DETERMINATIONS

Det spektrale gammastråle LWD systemet kan bli brukt for å måle elementkonsentrasjoner MK, Mu and Mxhsom en funksjon av asimut inne i borehullet så vel som en funksjon av dybde inne i borehullet. Asimutale målinger krever ytterligere komponenter anordnet fortrinnsvis inne i elektronikkelementet 14. Fig. 13 er et funksjonsdiagram for komponenter tilføyd til elektronikkelementet vist på fig. 2 slik at asimutale elementkonsentrasjoner MK, Mu og Mxhkan bli bestemt. En anordning som avføler verktøy-orientering, slik som et magnetometer 130, og en klokke 132 er operasjonsmessig forbundet med prosessoren 38. Som i den tidligere beskrivelsen av fig. 2, blir signaler fra den ene eller flere gammastråledetektorer og forsterkerkretser innmatet til prosessoren ved 136. Prosessoren 38 styrer igjen detektorforsterkningsjusteringer til detektorene ved 138 ved hjelp av den justerbare høyspenteffektforsyningen 36. Spektrale og elementkonsentrasjoner blir sendt ut fra prosessoren 134 som beskrevet nedenfor. The spectral gamma ray LWD system can be used to measure elemental concentrations MK, Mu and Mxh as a function of downhole azimuth as well as a function of downhole depth. Azimuthal measurements require additional components arranged preferably inside the electronics element 14. Fig. 13 is a functional diagram for components added to the electronics element shown in fig. 2 so that azimuthal element concentrations MK, Mu and Mxhkan are determined. A device that senses tool orientation, such as a magnetometer 130, and a clock 132 is operatively connected to the processor 38. As in the previous description of fig. 2, signals from the one or more gamma ray detectors and amplifier circuits are fed to the processor at 136. The processor 38 in turn controls detector gain adjustments to the detectors at 138 using the adjustable high voltage power supply 36. Spectral and elemental concentrations are output from the processor 134 as described below.

Ettersom verktøyet roteres 360 grader, blir gammastrålespekteret med formen vist på As the tool is rotated 360 degrees, the gamma ray spectrum with the shape is displayed

fig. 5 målt under enkeltstående tidsintervaller At, hvor disse elementer er definert av klokken 132 som samvirker med prosessoren 38. Spektre blir lagret i lagerplasser i samsvar med tidsintervaller At hvori de er målt. Tidsintervallet At er fortrinnsvis omtrent 50 millisekunder. Under hvert tidsintervall blir den gjennomsnittlige avlesningen av magnetometeret 130 bestemt og definerer derved en asimutsektor tilordnet med hvert tidsintervall, og derved tilordnet en asimutsektor til hver lagerplass. Hver lagerplass inneholder et gammastrålespekter målt i en kjent borehullasimutsektor. De spektrale datalagringene og gjennomsnittet av magnetometeravlesningene under hvert tidsintervall blir styrt av prosessoren 38. Lagrede spektrale data og korresponderende asimutsektorer blir fortrinnsvis lagret i prosessoren 38. Prosessen blir gjentatt over multiple 360 graders rotasjoner innenfor et gitt dybdeintervall Ad for å kunne maksimalisere statistisk presisjon til hvert naturlig gammastrålespekter lagret i hver lagerplass. Forsterkningsstabiliseringsteknikker som tidligere er beskrevet detaljert, blir brukt til å styre forsterkningen til hvert lagret spekter. Tidligere beskrevne dataanalyse-fremgangsmåter blir brukt for å beregne matrisen [M] for hvert lagret spekter og gir derved elementkonsentrasjoner Mk, Mu og Mxhfor hver asimutsektor rundt borehullet. fig. 5 measured during individual time intervals At, where these elements are defined by the clock 132 which cooperates with the processor 38. Spectra are stored in storage locations in accordance with time intervals At in which they are measured. The time interval At is preferably about 50 milliseconds. During each time interval, the average reading of the magnetometer 130 is determined and thereby defines an azimuth sector assigned to each time interval, thereby assigning an azimuth sector to each storage location. Each stockpile contains a gamma ray spectrum measured in a known borehole azimuth sector. The spectral data stores and the average of the magnetometer readings during each time interval are controlled by the processor 38. Stored spectral data and corresponding azimuth sectors are preferably stored in the processor 38. The process is repeated over multiple 360 degree rotations within a given depth interval Ad in order to maximize statistical precision for each natural gamma ray spectrum stored in each storage space. Gain stabilization techniques previously described in detail are used to control the gain of each stored spectrum. Previously described data analysis procedures are used to calculate the matrix [M] for each stored spectrum and thereby provide elemental concentrations Mk, Mu and Mxh for each azimuth sector around the borehole.

Dersom sensorelementet omfatter et mangfold av detektorer, blir detektorutgangs-signaler faset av prosessoren 38 slik at ettersom hver detektor roterer gjennom hver asimutsektor, blir utgangssignaler fra denne detektor lagret inne i lagerplassen som korresponderer med denne asimutsektor. If the sensor element comprises a plurality of detectors, detector output signals are phased by the processor 38 so that as each detector rotates through each azimuth sector, output signals from this detector are stored in the storage space corresponding to this azimuth sector.

Verktøyet kan bli ført langs borehullet uten rotasjon. Denne føring blir vanligvis referert til som "gliding". Dersom sensorelementet 12 omfatter bare en gammastråledetektor, kan asimutale naturlig gammastrålespektralmålinger ikke bli utført når verktøyet glir. Dersom sensorelementet omfatter et mangfold gammastråledetektorer, kan asimutale spektrale målinger bli tilveiebrakt under gliding. Størrelsene til asimutsektorene blir bestemt av antallet detektorer i sensorelementet. For sensorelementet som omfatter tre detektorer på 120 graders sentere som vist på fig. 4, vil hver asimutsektor være 120 grader. Dette gir en asimutaloppløsning som er typisk dårligere enn den som er tilveiebrakt med roterende verktøy og med tidsintervaller Åt på omtrent 50 millisekunder. The tool can be guided along the borehole without rotation. This guidance is usually referred to as "gliding". If the sensor element 12 comprises only a gamma ray detector, azimuthal natural gamma ray spectral measurements cannot be performed when the tool slides. If the sensor element comprises a plurality of gamma ray detectors, azimuthal spectral measurements can be provided during gliding. The sizes of the azimuth sectors are determined by the number of detectors in the sensor element. For the sensor element comprising three detectors at 120 degree centers as shown in fig. 4, each azimuth sector will be 120 degrees. This provides an azimuthal resolution that is typically inferior to that provided with rotating tools and with time intervals Åt of approximately 50 milliseconds.

LOGGPRESENTASJONER LOG PRESENTATIONS

Fig. 14 viser et eksempel 140 på en naturlig gammastråle LWD loggpresentasjon av Mk, Mu og Mxhsom en funksjon av dybde i borehullet. Mengdene Mk, Mu og Mxhblir beregnet fra målte spektraldata [C] ved bruk av ligning (6). Enheter for konsentrasjoner av K (%), U (ppm) og Th (ppm) er vist i de respektive feltene 141, 143 og 145. Målestokker er typisk i % pr. kartdivisjon for K og ppm pr. kartdivisjon for U og Th. Konsentrasjoner av Mk, Mu og Mxher vist som en funksjon av dybde 148 i borehullet ved de respektive kurver 142, 144 og 146. Som et eksempel er utslag 147 og 149 i Mk og Mu, respektivt, indikert ved en dybde på omtrent xx20. Et utslag 159 i Mxher indikert ved en dybde på omtrent xx40. Det må forstås at andre formater kan bli brukt for å presentere de grunnleggende LWD naturlig gammastråleloggedataene. Fig. 15 viser et eksempel 150 på en asimutal naturlig gammastråle LWD loggpresentasjon. Elementkonsentrasjoner av MK (%), Mu (ppm) og Mxh(ppm) er angitt med henholdsvis heltrukne, langstrekede og kortstrekede kurverl64, 162 og 160, som vist i felt 151. Korresponderende skalaer for disse konsentrasjonene er tabulert i felt 150 og er typisk i % pr. kartdivisjon for MK og ppm pr. kartdivisjon for Mu og Mxh-Konsentrasjoner MK, Mu og Mxh, tilveiebrakt fra spektre summert over et dybdeintervall Ad vist i feltet 153, er vist som en funksjon av asimutsektor 152, i grader, for dette dybdeintervall. Som et eksempel er utslag 156 og 154 i henholdsvis MK og Mu, vist ved en asimutsektor på omtrent 180 grader over dybdeintervallet xx20. Som et annet eksempel, er et utslag 158 i Mxhvist ved en asimutsektor på omtrent 225 grader over dybdeintervallet xx40. Det må forstås at andre formater kan bli brukt for å presentere de grunnleggende LWD asimutale naturlig gammastråleloggedataene. Fig. 14 shows an example 140 of a natural gamma ray LWD log presentation of Mk, Mu and Mxh as a function of borehole depth. The quantities Mk, Mu and Mxh are calculated from measured spectral data [C] using equation (6). Units for concentrations of K (%), U (ppm) and Th (ppm) are shown in the respective fields 141, 143 and 145. Scales are typically in % per map division for K and ppm per map division for U and Th. Concentrations of Mk, Mu, and Mx are shown as a function of depth 148 in the borehole by the respective curves 142, 144, and 146. As an example, outliers 147 and 149 in Mk and Mu, respectively, are indicated at a depth of approximately xx20. A strike 159 in Mxher indicated at a depth of about xx40. It should be understood that other formats may be used to present the basic LWD natural gamma-ray log data. Fig. 15 shows an example 150 of an azimuthal natural gamma ray LWD log presentation. Elemental concentrations of MK (%), Mu (ppm) and Mxh(ppm) are indicated by solid, long-dashed and short-dashed curves 164, 162 and 160, respectively, as shown in field 151. Corresponding scales for these concentrations are tabulated in field 150 and are typical in % per map division for MK and ppm per map division for Mu and Mxh Concentrations MK, Mu and Mxh, provided from spectra summed over a depth interval Ad shown in field 153, are shown as a function of azimuth sector 152, in degrees, for this depth interval. As an example, outcrops 156 and 154 in MK and Mu, respectively, are shown at an azimuth sector of approximately 180 degrees over the depth interval xx20. As another example, a strike 158 is in Mxhvist at an azimuth sector of about 225 degrees over the depth interval xx40. It should be understood that other formats may be used to present the basic LWD azimuthal natural gamma-ray log data.

Mens den forutgående beskrivelsen er rettet mot de foretrukne utførelsene av oppfinnelsen, er rammen for oppfinnelsen definert av patentkravene, som følger. While the foregoing description is directed to the preferred embodiments of the invention, the scope of the invention is defined by the claims, which follow.

Claims (6)

1. Gammastråle logge-under-boringssystem,karakterisert vedat det omfatter: minst en gammastråledetektor som måler et gammastråleenergispekter; hvori systemet er konfigurert til å utføre en første justering av forsterkning til nevnte detektor ved bruk av mål på helning til et Compton-spredeområde til nevnte spekter.1. Gamma-ray logging-during-drilling system, characterized in that it comprises: at least one gamma-ray detector that measures a gamma-ray energy spectrum; wherein the system is configured to perform a first adjustment of gain to said detector using measures of slope to a Compton scatter region of said spectrum. 2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat systemet er konfigurert til: (a) å måle lokaliseringen til en energitopp i nevnte spekter; og (b) å utføre en andre justering av nevnte forsterkning slik at nevnte lokalisering korresponderer med en standard lokalisering for nevnte energitopp.2. System according to claim 1, characterized in that the system is configured to: (a) measure the location of an energy peak in said spectrum; and (b) performing a second adjustment of said gain such that said location corresponds to a standard location for said energy peak. 3. System ifølge krav 2,karakterisert vedat systemet er konfigurert til: (a) å måle lokaliseringer for et antall energitopper i nevnte spekter; og (b) å utføre en tredje justering av nevnte forsterkning slik at hver nevnte lokalisering til hver av antallet av topper korresponderer med en standard lokalisering for denne toppen.3. System according to claim 2, characterized in that the system is configured to: (a) measure locations for a number of energy peaks in said spectrum; and (b) performing a third adjustment of said gain such that each said location of each of said plurality of peaks corresponds to a standard location for said peak. 4. Fremgangsmåte for å måle gammastråling under boring av et borehull,karakterisert vedat den omfatter: (a) å måle et gammastråleenergispekter med minst en gammastråledetektor; og (b) gjøre en første justering av forsterkning til nevnte detektor ved bruk av et mål på helning til et Compton-spredeområde av nevnte spekter.4. Method for measuring gamma radiation while drilling a borehole, characterized in that it comprises: (a) measuring a gamma ray energy spectrum with at least one gamma ray detector; and (b) making a first adjustment of gain to said detector using a measure of slope to a Compton scatter region of said spectrum. 5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert vedat den omfatter det ytterligere trinnet å gjøre en andre justering av nevnte forsterkning ved å: (a) måle lokaliseringen til en energitopp i nevnte spekter; og (b) justere nevnte forsterkning slik at nevnte lokalisering korresponderer med en standard lokalisering for nevnte energitopp.5. Method according to claim 4, characterized in that it comprises the further step of making a second adjustment of said gain by: (a) measuring the location of an energy peak in said spectrum; and (b) adjusting said gain so that said location corresponds to a standard location for said energy peak. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert vedat den omfatter det ytterligere trinnet å gjøre en tredje justering av nevnte forsterkning ved å: (a) måle lokaliseringen til et antall energjtopper i nevnte spekter; og (b) justere nevnte forsterkning slik at hver nevnte lokalisering til hver av nevnte antallet av topper korresponderer med en standard lokalisering for denne topp.6. Method according to claim 5, characterized in that it comprises the further step of making a third adjustment of said gain by: (a) measuring the location of a number of energy peaks in said spectrum; and (b) adjusting said gain so that each said location of each of said plurality of peaks corresponds to a standard location for that peak.
NO20051307A 2004-03-15 2005-03-14 System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling NO337017B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/809,066 US7253401B2 (en) 2004-03-15 2004-03-15 Spectral gamma ray logging-while-drilling system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20051307D0 NO20051307D0 (en) 2005-03-14
NO20051307L NO20051307L (en) 2005-09-16
NO337017B1 true NO337017B1 (en) 2015-12-28

Family

ID=34423555

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20051307A NO337017B1 (en) 2004-03-15 2005-03-14 System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling
NO20150834A NO339377B1 (en) 2004-03-15 2015-06-25 System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling
NO20161468A NO342591B1 (en) 2004-03-15 2016-09-15 System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20150834A NO339377B1 (en) 2004-03-15 2015-06-25 System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling
NO20161468A NO342591B1 (en) 2004-03-15 2016-09-15 System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7253401B2 (en)
CA (3) CA2842939A1 (en)
GB (2) GB2412167B (en)
NO (3) NO337017B1 (en)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7253401B2 (en) 2004-03-15 2007-08-07 Weatherford Canada Partnership Spectral gamma ray logging-while-drilling system
US7202456B2 (en) * 2004-09-29 2007-04-10 Precision Energy Services, Inc. Gain stabilization apparatus and methods for spectral gamma ray measurement systems
US7446308B2 (en) * 2005-12-22 2008-11-04 Baker Hughes Incorporated Method of calibrating multi-channel nuclear energy spectra
US7482578B2 (en) * 2006-06-12 2009-01-27 Lonkar Services, Ltd. Gamma radiation spectral logging system and method for processing gamma radiation spectra
US7482579B2 (en) * 2007-03-15 2009-01-27 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for high resolution gamma ray measurements
GB2467071B (en) * 2007-11-07 2012-05-30 Baker Hughes Inc Azimuthal elemental imaging
US8269162B2 (en) * 2007-11-07 2012-09-18 Baker Hughes Incorporated Azimuthal elemental imaging
US7880134B2 (en) * 2007-11-07 2011-02-01 Baker Hughes Incorporated Azimuthal elemental imaging
US8049164B2 (en) * 2007-11-07 2011-11-01 Baker Hughes Incorporated Azimuthal elemental imaging
US20100332176A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Baker Hughes Incorporated Online sourceless energy calibration of multiple spectral detectors
US8022355B2 (en) * 2009-08-04 2011-09-20 Thermo Fisher Scientific Inc. Scintillation detector gain control system using reference radiation
US8907270B2 (en) 2010-06-30 2014-12-09 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for gain regulation in a gamma detector
CN101982795B (en) * 2010-09-29 2012-12-12 中国科学院国家天文台 Method and system for detecting accuracy of gamma ray spectrometer
US9329302B2 (en) * 2012-09-27 2016-05-03 Schlumberger Technology Corporation Use of spectral information to extend temperature range of gamma-ray detector
CN102944890B (en) * 2012-11-06 2015-06-24 中国科学院高能物理研究所 PS-PMT (position sensitive-photomultiplier tube) based detector signal readout method and system
US20140217300A1 (en) * 2012-12-18 2014-08-07 General Electric Company Dynamic high voltage bias for high pressure ion chambers
US9261612B2 (en) 2013-04-26 2016-02-16 Baker Hughes Incorporated Nuclear radiation detector calibration downhole
US20140346337A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Schlumberger Technology Corporation Well-Logging Tool With First And Second Azimuthal Radiation Detectors And Related Methods
US8975574B2 (en) 2013-05-23 2015-03-10 Schlumberger Technology Corporation Well-logging tool with azimuthal and spectral radiation detectors and related methods
CA2868309A1 (en) 2013-06-14 2014-12-14 Kenneth Miller Multiple gamma controller assembly
EP3036568A1 (en) 2013-11-06 2016-06-29 Halliburton Energy Services, Inc. Gamma ray detectors with gain stabilization
CA2933141A1 (en) * 2014-01-02 2015-07-09 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. System and method for making downhole measurements
CN104863575A (en) * 2014-02-24 2015-08-26 中国石油化工集团公司 Automatic calibrating system and method for LWD (logging-while-drilling) gamma detector
WO2015192232A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-23 Evolution Engineering Inc. Downhole system with integrated backup sensors
US10429544B2 (en) * 2014-10-03 2019-10-01 Halliburton Energy Services, Inc. Gain stabilization of a natural gamma ray tool
CN104382611B (en) * 2014-11-13 2017-01-11 沈阳东软医疗系统有限公司 Correction method and device of output energy of photomultiplier
WO2016089407A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Halliburton Energy Services, Inc. Gamma ray measurement apparatus, systems, and methods
WO2016100755A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Schlumberger Canada Limited Methods of elemental imaging of formations and systems for producing the same
CN104597478B (en) * 2014-12-23 2018-01-19 上海新漫传感技术研究发展有限公司 The method of work of environment gamma spectrum continuous monitor system
CN104880736B (en) * 2014-12-29 2017-10-03 上海新漫传感技术研究发展有限公司 SGR and its method of work
BR112017014168A2 (en) 2015-03-17 2018-03-06 Halliburton Energy Services Inc method to evaluate cement in a wellbore and profiling tool to evaluate cement in a wellbore
WO2017039968A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-09 Halliburton Energy Services, Inc. Determination of radiation tracer distribution using natural gamma rays
US9702990B2 (en) 2015-11-18 2017-07-11 Weatherford Technology Holdings, Llc Gain stabilization of radiation detectors via spectrum analysis
CN106368692B (en) * 2016-08-29 2019-05-14 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 A kind of natural gamma spectromenter of logger avoiding high pressure fluctuation affected by magnetic fields
US10641919B2 (en) * 2016-12-14 2020-05-05 Rock Visualization Technology, Llc Passive cased well image logging
US10473814B2 (en) * 2016-12-29 2019-11-12 Scientific Drilling International, Inc. Logging-while-drilling spectral and azimuthal gamma ray apparatus and methods
US20180283156A1 (en) * 2017-04-03 2018-10-04 Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. Binning During Non-Rotation Drilling in a Wellbore
WO2019040883A1 (en) * 2017-08-24 2019-02-28 Scientific Drilling International, Inc. Integrated logging tool
US10816695B1 (en) 2019-05-03 2020-10-27 Halliburton Energy Services, Inc. Initial gain estimation for gamma detector
CN110399649B (en) * 2019-07-03 2023-05-30 中国石油天然气集团有限公司 Metamorphic rock quantitative identification method based on diagenetic indicating element
US11143785B2 (en) 2019-09-27 2021-10-12 Halliburton Energy Services, Inc. Temperature compensated sensor gain calibration
CN111896574B (en) * 2020-08-07 2023-10-24 东华理工大学 Immersion lanthanum extraction on-site detection system and detection method
CN112523741B (en) * 2020-11-24 2023-04-14 东华理工大学 Uranium ore quantitative scale coefficient solving method based on energy spectrum logging cross spectrum section
CN113250686B (en) * 2021-05-26 2023-07-11 核工业北京地质研究院 Method and system for directly measuring uranium by using underground gamma energy spectrum
US11500121B1 (en) 2021-07-29 2022-11-15 Rock Visualization Technology, Llc Gamma ray logging tool assembly

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4524273A (en) * 1983-04-15 1985-06-18 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for gamma ray well logging
US4698501A (en) * 1985-05-16 1987-10-06 Nl Industries, Inc. System for simultaneous gamma-gamma formation density logging while drilling
US5120955A (en) * 1991-06-06 1992-06-09 Schlumberger Technology Corporation Logging method and apparatus for correcting natural gamma ray measurements for borehole fluid effects by calculating a borehole correction factor and applying the correction factor to calculated elemental yields

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2992331A (en) * 1958-06-02 1961-07-11 Socony Mobil Oil Co Inc Three element triple coincidence compton spectrometer
US3829686A (en) * 1971-09-20 1974-08-13 Texaco Inc Pulsed neutron logging system with gain compensation
FR2211664B1 (en) * 1972-12-21 1976-08-27 Schlumberger Prospection
US3858037A (en) * 1973-01-18 1974-12-31 Schlumberger Technology Corp Well-logging measuring apparatus and method
US3928762A (en) * 1974-05-06 1975-12-23 Texaco Inc Pulsed neutron combination well logging system
FR2485752A1 (en) * 1980-06-25 1981-12-31 Schlumberger Prospection METHOD AND DEVICE FOR MEASURING GAMMA RAYS IN A SURVEY
US4423323A (en) * 1981-09-09 1983-12-27 Schlumberger Technology Corporation Neutron logging method and apparatus for determining a formation characteristic free of environmental effects
US4475038A (en) * 1982-04-16 1984-10-02 Lochmann Mark J In situ lithology determination
US4450354A (en) * 1982-07-06 1984-05-22 Halliburton Company Gain stabilized natural gamma ray detection of casing thickness in a borehole
US4612439A (en) * 1984-02-21 1986-09-16 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for natural gamma ray well logging
US4717825A (en) * 1986-07-23 1988-01-05 Halliburton Company Method and apparatus for anomalous radioactive deposition compensation in spectral gamma ray well logging
US4814609A (en) * 1987-03-13 1989-03-21 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for safely measuring downhole conditions and formation characteristics while drilling a borehole
US4879463A (en) 1987-12-14 1989-11-07 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for subsurface formation evaluation
GB2252623B (en) * 1991-01-15 1994-10-19 Teleco Oilfield Services Inc A method for analyzing formation data from a formation evaluation measurement while drilling logging tool
US5091644A (en) * 1991-01-15 1992-02-25 Teleco Oilfield Services Inc. Method for analyzing formation data from a formation evaluation MWD logging tool
US5250806A (en) * 1991-03-18 1993-10-05 Schlumberger Technology Corporation Stand-off compensated formation measurements apparatus and method
US5235285A (en) * 1991-10-31 1993-08-10 Schlumberger Technology Corporation Well logging apparatus having toroidal induction antenna for measuring, while drilling, resistivity of earth formations
US5473158A (en) * 1994-01-14 1995-12-05 Schlumberger Technology Corporation Logging while drilling method and apparatus for measuring formation characteristics as a function of angular position within a borehole
US5517024A (en) * 1994-05-26 1996-05-14 Schlumberger Technology Corporation Logging-while-drilling optical apparatus
US5461230A (en) * 1994-08-16 1995-10-24 Halliburton Company Method and apparatus for temperature compensation of gamma tools in MWD environments
US5804820A (en) * 1994-09-16 1998-09-08 Schlumberger Technology Corporation Method for determining density of an earth formation
US6230822B1 (en) * 1995-02-16 2001-05-15 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for monitoring and recording of the operating condition of a downhole drill bit during drilling operations
US5600135A (en) * 1995-06-06 1997-02-04 Halliburton Company Spectral gain stabilization using gross shape features of largely invariant spectra
US5706003A (en) * 1995-08-22 1998-01-06 Schlumberger Technology Corporation Apparatus and method for cancellation of offset in gamma spectrum data
US5899958A (en) * 1995-09-11 1999-05-04 Halliburton Energy Services, Inc. Logging while drilling borehole imaging and dipmeter device
US5608214A (en) * 1995-10-30 1997-03-04 Protechnics International, Inc. Gamma ray spectral tool for well logging
US5892460A (en) * 1997-03-06 1999-04-06 Halliburton Energy Services, Inc. Logging while drilling tool with azimuthal sensistivity
US6005244A (en) * 1997-10-02 1999-12-21 Schlumberger Technology Corporation Detecting bypassed hydrocarbons in subsurface formations
US6037585A (en) * 1997-10-28 2000-03-14 Halliburton Energy Services, Inc. Determination of radioactive scale distribution using gamma ray logging technique
US6376838B1 (en) * 1998-03-06 2002-04-23 Computalog Usa, Inc. Formation evaluation combination system for petrophysical well log analysis
US6051830A (en) * 1998-03-11 2000-04-18 Halliburton Energy Services, Inc. Method for stabilizing a scintillation detector
US6627873B2 (en) * 1998-04-23 2003-09-30 Baker Hughes Incorporated Down hole gas analyzer method and apparatus
US6467557B1 (en) * 1998-12-18 2002-10-22 Western Well Tool, Inc. Long reach rotary drilling assembly
US6369381B1 (en) * 1999-01-29 2002-04-09 Troxler Electronic Laboratories, Inc. Apparatus and method for calibration of nuclear gauges
US6300624B1 (en) 1999-03-25 2001-10-09 Halliburton Energy Services, Inc. Radiation detector
US6307199B1 (en) * 1999-05-12 2001-10-23 Schlumberger Technology Corporation Compensation of errors in logging-while-drilling density measurements
AU4158501A (en) * 2000-02-16 2001-08-27 Performance Res And Drilling L Horizontal directional drilling in wells
US6700115B2 (en) * 2000-05-26 2004-03-02 Precision Drilling Technology Services Group Inc. Standoff compensation for nuclear measurements
US6649906B2 (en) * 2000-09-29 2003-11-18 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for safely operating radiation generators in while-drilling and while-tripping applications
US6648083B2 (en) * 2000-11-02 2003-11-18 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for measuring mud and formation properties downhole
US6564883B2 (en) * 2000-11-30 2003-05-20 Baker Hughes Incorporated Rib-mounted logging-while-drilling (LWD) sensors
US6619395B2 (en) * 2001-10-02 2003-09-16 Halliburton Energy Services, Inc. Methods for determining characteristics of earth formations
US6738720B2 (en) * 2001-11-29 2004-05-18 Computalog U.S.A. Apparatus and methods for measurement of density of materials using a neutron source and two spectrometers
US6907944B2 (en) * 2002-05-22 2005-06-21 Baker Hughes Incorporated Apparatus and method for minimizing wear and wear related measurement error in a logging-while-drilling tool
US6944548B2 (en) * 2002-12-30 2005-09-13 Schlumberger Technology Corporation Formation evaluation through azimuthal measurements
US7253401B2 (en) 2004-03-15 2007-08-07 Weatherford Canada Partnership Spectral gamma ray logging-while-drilling system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4524273A (en) * 1983-04-15 1985-06-18 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for gamma ray well logging
US4698501A (en) * 1985-05-16 1987-10-06 Nl Industries, Inc. System for simultaneous gamma-gamma formation density logging while drilling
US5120955A (en) * 1991-06-06 1992-06-09 Schlumberger Technology Corporation Logging method and apparatus for correcting natural gamma ray measurements for borehole fluid effects by calculating a borehole correction factor and applying the correction factor to calculated elemental yields

Also Published As

Publication number Publication date
CA2842939A1 (en) 2005-09-15
GB2417319B (en) 2007-10-03
NO20051307L (en) 2005-09-16
NO342591B1 (en) 2018-06-18
US7253401B2 (en) 2007-08-07
GB2412167B (en) 2007-10-03
CA2842938A1 (en) 2005-09-15
GB2417319A (en) 2006-02-22
GB2412167A (en) 2005-09-21
NO339377B1 (en) 2016-12-05
NO20150834A1 (en) 2005-09-16
CA2497355C (en) 2015-10-27
GB0520421D0 (en) 2005-11-16
US20050199794A1 (en) 2005-09-15
GB0503512D0 (en) 2005-03-30
CA2842938C (en) 2016-08-02
CA2497355A1 (en) 2005-09-15
NO20161468A1 (en) 2005-09-16
NO20051307D0 (en) 2005-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20161468A1 (en) System and method for adjusting the gain of a gamma ray detector by gamma ray logging-under-drilling
US7202456B2 (en) Gain stabilization apparatus and methods for spectral gamma ray measurement systems
US7482578B2 (en) Gamma radiation spectral logging system and method for processing gamma radiation spectra
US10042082B2 (en) Gamma ray measurement apparatus, systems, and methods
US4864129A (en) Logging apparatus and method
NO301305B1 (en) Nuclear spectroscopic method and apparatus for stabilizing an energy spectrum, as well as a method for offset correction of an energy spectrum
NO315388B1 (en) Method of logging during drilling, as well as apparatus for measuring formation properties as a function of angular position inside a borehole
CA2349763C (en) Standoff compensation for nuclear measurements
US4894534A (en) Logging apparatus and method
NO335728B1 (en) Method and equipment for determining porosity for the formation around a borehole
CA1258321A (en) Method and device for measuring gamma radiation
US9557441B2 (en) Gain stabilization in a gamma ray detection apparatus
NO335569B1 (en) Method and apparatus for processing data from an LWD density logging instrument
CA1080367A (en) Method and apparatus for calibrating radioactivity well logging tools
US7649169B2 (en) Method for determining shale bed boundaries and gamma ray activity with gamma ray instrument
NO170243B (en) PROCEDURE FOR DETERMINING FORMOR POROSITY DURING DRILLING
EP0134626B1 (en) Determination of casing thickness using a gain stabilized gamma ray spectroscopy technique
KR800001343B1 (en) Method for measuring the density of formations traversed by a bore hole
EP0198615A1 (en) Gamma ray borehole logging

Legal Events

Date Code Title Description
CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: WEATHERFORD TECHNOLOGY HOLDINGS, US

CREP Change of representative

Representative=s name: HAMSOE PATENTBYRA ANS, POSTBOKS 171, 4301 SANDNES

MM1K Lapsed by not paying the annual fees